没有得到预期的输出使用cmpxchg8b为无符号长

Question

我想写一个简单的比较和交换内联汇编代码。这里是我的代码

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <stdint.h> 
static inline unsigned long 
cas(volatile unsigned long* ptr, unsigned long old, unsigned long _new) 
{ 
    unsigned long prev=0; 
    asm volatile("lock cmpxchg8b %0;" 
       : "=m"(prev) 
       : "m"(*ptr),"a"(old),"c"(_new) 
       ); 
    return prev; 
} 

int main() 
{ 

    unsigned long *a; 
    unsigned long b=5,c; 
    a=&b; 
     c=cas(a,b,6); 
    printf("%lu\n",c); 
    return 0; 
} 

这段代码理想情况下应打印5，但打印0.我的代码有什么问题？请帮忙。

Answer 1

让我开始说“使用内联asm是一个坏主意。”让我重复一遍，“使用内联asm是一个坏主意。”你可以编写一个完整的wiki entry关于为什么使用内联asm是一个坏主意。请考虑使用内建函数（如gcc的__sync_bool_compare_and_swap）或者像<原子>这样的库。

如果您正在编写生产软件，使用内联asm的风险几乎肯定会大于任何收益。如果您正在为教育目的而写作，请继续阅读。 （为了进一步说明为什么你不应该使用内联asm，等待Michael或者Peter出现并指出这个代码的所有错误，即使对于知道这一点的人来说，它也是真的是 ）

以下是一些代码，显示如何使用cmpxchg8b。这很简单，但应该足以给出一个总体思路。

#include <stdio.h> 

// Simple struct to break up the 8 byte value into 32bit chunks. 
typedef union { 
    struct { 
    unsigned int lower; 
    unsigned int upper; 
    }; 
    unsigned long long int f; 
} moo; 

unsigned char cas(moo *ptr, moo *oldval, const moo *newval) 
{ 
    unsigned char result; 

#ifndef __GCC_ASM_FLAG_OUTPUTS__ 

    asm ("lock cmpxchg8b %[ptr]\n\t" 
     "setz %[result]" 
     : [result] "=q" (result), [ptr] "+m" (*ptr), 
      "+d" (oldval->upper), "+a" (oldval->lower) 
     : "c" (newval->upper), "b" (newval->lower) 
     : "cc", "memory"); 

#else 

    asm ("lock cmpxchg8b %[ptr]" 
     : [result] "=@ccz" (result), [ptr] "+m" (*ptr), 
      "+d" (oldval->upper), "+a" (oldval->lower) 
     : "c" (newval->upper), "b" (newval->lower) 
     : "memory"); 

#endif 

    return result; 
} 

int main() 
{ 
    moo oldval, newval, curval; 
    unsigned char ret; 

    // Will not change 'curval' since 'oldval' doesn't match. 
    curval.f = -1; 
    oldval.f = 0; 
    newval.f = 1; 

    printf("If curval(%u:%u) == oldval(%u:%u) " 
      "then write newval(%u:%u)\n", 
      curval.upper, curval.lower, 
      oldval.upper, oldval.lower, 
      newval.upper, newval.lower); 

    ret = cas(&curval, &oldval, &newval); 

    if (ret) 
     printf("Replace succeeded: curval(%u:%u)\n", 
      curval.upper, curval.lower); 
    else 
     printf("Replace failed because curval(%u:%u) " 
      "needed to be (%u:%u) (which cas has placed in oldval).\n", 
      curval.upper, curval.lower, 
      oldval.upper, oldval.lower); 

    printf("\n"); 

    // Now that 'curval' equals 'oldval', newval will get written. 
    curval.lower = 1234; curval.upper = 4321; 
    oldval.lower = 1234; oldval.upper = 4321; 
    newval.f = 1; 

    printf("If curval(%u:%u) == oldval(%u:%u) " 
      "then write newval(%u:%u)\n", 
      curval.upper, curval.lower, 
      oldval.upper, oldval.lower, 
      newval.upper, newval.lower); 

    ret = cas(&curval, &oldval, &newval); 

    if (ret) 
     printf("Replace succeeded: curval(%u:%u)\n", 
      curval.upper, curval.lower); 
    else 
     printf("Replace failed because curval(%u:%u) " 
      "needed to be (%u:%u) (which cas has placed in oldval).\n", 
      curval.upper, curval.lower, 
      oldval.upper, oldval.lower); 

} 

的几点：

• 如果CAS失败（因为该值不匹配），从函数的返回值是0，和值你需要使用的是在oldval返回。这使得再次尝试变得简单。请注意，如果您正在运行多线程（您必须是或者您不会使用lock cmpxchg8b），那么第二次尝试可能会失败，因为'其他'线程可能会再次击败您。
• __GCC_ASM_FLAG_OUTPUTS__定义可用于新版本的gcc（6.x +）。它允许您跳过setz并直接使用标志。有关详细信息，请参阅gcc docs。

至于它是如何工作的：

当我们调用cmpxchg8b，我们通过它指向内存的指针。它将比较该存储单元中的（8字节）值与edx：eax中的8个字节。如果它们匹配，那么它会将ecx：ebx中的8个字节写入内存位置，并且将会设置zero标志。如果它们不匹配，那么当前值将以edx：eax返回并且zero标志将被清除。

所以，比较，与代码：

asm ("lock cmpxchg8b %[ptr]" 

在这里，我们传递的指针8个字节cmpxchg8b。

 "setz %[result]" 

在这里，我们存储zero标志通过设定cmpxchg8b的内容到（结果）。

 : [result] "=q" (result), [ptr] "+m" (*ptr), 

指定（结果）是输出（=），并且它必须是字节寄存器（q）。此外，内存指针是一个in + out（+），因为我们将读取它并写入它。

  "+d" (oldval->upper), "+a"(oldval->lower) 

+符号再次表明这些值处于+出。这是必要的，因为如果比较失败，edx：eax将被来自ptr的当前值覆盖。

 : "c" (newval->upper), "b"(newval->lower) 

这些值仅供输入。 cmpxchg8b不会改变它们的值，所以我们把它们放在第二个冒号后面。

 : "cc", "memory"); 

由于我们正在更改标志，我们需要通过“cc”通知编译器。 “内存”约束可能不是必需的，具体取决于正在使用哪个cas。有可能线程1正在通知线程2某些东西已准备好处理。在这种情况下，您希望确保gcc在计划稍后写入内存的寄存器中没有任何值。它绝对必须在执行cmpxchg8b之前在之前将它们全部刷新到内存。

gcc docs详细描述了扩展asm语句的工作原理。如果这些解释的部分内容仍不清楚，有些阅读可能会有所帮助。

BTW的情况下，我忘了提，写联汇编是一个糟糕的主意......

Answer 2

对不起，没有直接回答你的问题，但我的问题是：为什么不使用C11's <stdatomic.h> or C++11's <atomic>？与编写自己的函数相比，它更容易出错，并且具有不针对特定硬件体系结构或编译器的优点。

在你的情况下，你应该使用atomic_compare_exchange_weak()或atomic_compare_exchange_strong()。