Multithreading 多线程程序中编译器对寄存器的使用

这是一个一般性问题，但：

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在多线程程序中，编译器使用寄存器临时存储全局变量是否安全

我认为不是，因为在寄存器中存储全局变量可能会更改保存的值 对于其他线程

使用寄存器存储函数中定义的局部变量怎么样

我认为这是可以的，因为没有其他线程能够获得这些变量

如果我错了，请纠正我。

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谢谢大家!

在多线程程序中，有两种情况之一：如果它在单处理器（单核、单CPU）上运行，那么线程之间的切换就像进程之间的切换一样处理（尽管由于线程在相同的虚拟内存空间中运行，所以工作量不大）-一个线程的所有寄存器都在转换到另一个线程的过程中保存，因此无论出于何种目的使用寄存器都可以。这是操作系统使用的上下文切换例程的工作，寄存器集被视为线程（或进程）上下文的一部分。如果您有一个多处理器系统——多个CPU或单个CPU上的多个内核——每个处理器都有自己独特的寄存器集，所以同样，使用寄存器存储东西是可以的。当然，除此之外，在特定CPU上切换上下文将在切换到新线程/进程之前保存旧线程/进程的寄存器，因此所有内容都会保留下来

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也就是说，在某些体系结构和/或某些操作系统上，可能存在特定的例外情况，因为ABI保留某些寄存器供操作系统或提供操作系统接口的库使用，但您的编译器通常具有内置平台的这类知识。但是，如果您正在进行内联汇编或某些其他“低级”操作，则需要注意这些问题。

“安全”一词并不适合使用。许多高级语言（例如C）没有线程模型，因此语言规范没有提到多线程交互

如果您没有使用任何类型的锁定原语，那么就无法保证不同线程如何交互。因此，编译器有权对全局变量使用寄存器

即使使用锁定，行为也可能很棘手：如果读取一个变量，然后获取一个锁，然后再次读取该变量，编译器仍然无法知道是否必须再次从内存中读取该变量，或者是否可以使用它存储在寄存器中的早期值

在C/C++中，将变量声明为volatile将迫使编译器始终从内存中重新加载变量，并解决此特定实例

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大多数系统上也有“联锁*”原语，它们保证了原子性语义，可用于确保某些操作是线程安全的。锁定原语通常建立在这些低级操作的基础上。

事情比你想象的要复杂得多

即使编译器将一个值存储到内存中，CPU通常也不会立即将数据推送到RAM中。它将其存储在缓存中（有些系统在处理器和内存之间有2或3级缓存）

更糟糕的是，编译器决定的指令顺序可能不是实际执行的顺序，因为许多处理器可以在自己的管道中重新排列指令（甚至指令的子部分）

一般来说，在多线程环境中，您个人应注意不要从两个单独的线程访问（读或写）同一内存，除非以下情况之一为真：

• 您使用的是确保正确同步的几个特殊原子操作之一
• 您使用了几个同步操作中的一个来“保留”对共享数据的访问，然后“放弃”它。这些确实包括所需的内存屏障，也保证了数据的真实性

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如果你已经准备好了一点头痛，想看看事情到底有多复杂，这是你的晚间讲座。

当你提到“线程”时，你应该想到JVM或.NET内存模型之类的共享内存模型。此外，如果您将本地值保存到寄存器，则根本不安全，因为处理器之间使用了寄存器。如果您使用register并且从不通过直接保存到register来释放值，这将非常复杂。保存寄存器时，是保存其值，还是保存寄存器本身？确切的意思是哪个寄存器？如果是保存的值，则为ok。如果保存的是精确的寄存器（单核单CPU），我们会不会遇到问题？它会将每个寄存器包含的值保存到内存中的特定位置，以便下次该线程计划再次运行时可以恢复。你不能真正“保存”一个寄存器，因为它是集成电路的一部分…我的意思是保存一个指向特定寄存器的指针。。。假设我想在R13中保存一个特定的数字。据我所知，我们不会保存R13，我们将保存10。我说的对吗？它将保存R13中的任何值-如果R13中的值是10，那么值10将被放入一个特定的内存位置，以便稍后调用。C11和C++11引入了线程感知内存模型。（数据竞赛是未定义的行为，正好允许编译器继续像以前一样保持寄存器中的值）C++<代码> STD:：原子和C11< C++ >原子< /代码>允许便携式无锁代码，使易挥发< /代码>手工轧制原子过时。（volatile只能半可移植地为您提供诸如

memory\u order\u relaxed

——基本上现在C++11已经存在了。）但是，是的，

std:：atomic

确实强制实际访问内存，就像您描述的那样，并且还对非atom的约束进行排序