让我们来看看编译器

虚拟化：进程只需要看到自己和操作系统

• Determinism: 除了系统调用，没人能 “干涉” 程序的状态

编译器：按照 “系统调用” 优化程序

• 语句/指令不需要按程序声明的那样执行
  • 典型的优化：死代码消除 (dead code elimination)
• 只要保证优化前后的程序在系统调用层面上等价，可以任意调换/删除语句
  • 但这和 non-determinism 是矛盾的
    • load 可能会读到来自其他线程写入的值
    • 如果依赖这个假设编程，编译器会教你做人的

一个聪明的例子

while (!flag);

• 这样就可以实现线程的等待了
• “等另一个线程举起旗子，我再继续”？

一个聪明的例子

while (!flag);

• 这样就可以实现线程的等待了
• “等另一个线程举起旗子，我再继续”？

聪明，但不如编译器聪明

• 如果这是个顺序程序，编译器可以做什么优化？
  • (这甚至也是一个常见的并发 bug 模式)
  • “Ad hoc synchronization considered harmful”

求和 (再次出现)

#define N 100000000
long sum = 0;

void T_sum() { for (int i = 0; i < N; i++) sum++; }

int main() {
    create(T_sum);
    create(T_sum);
    join();
    printf("sum = %ld\n", sum);
}

如果添加编译优化？

• -O1: 100000000 ($n$)
• -O2: 200000000 ($2n$)

编译器做了什么？

T_sum 的行为是对 sum 做 n 次自增

• 等价的改写 1
  • t = load(sum);
  • while (n--) t++;
  • store(sum, t);
• 等价的改写 2
  • t = load(sum);
  • store(sum, t + n);
• 编译优化假设 determinism 是绝对必要的
  • 否则程序的性能就不能看了

控制编译器优化的行为

方法 1：插入 “不可优化” 的代码块

while (!flag) {
    asm volatile ("" ::: "memory");
}

方法 2：标记变量 load/store 为不可优化

int volatile flag;
while (!flag);

以上都不是《操作系统》课推荐的方法

• Don't play with shared memory.