在 Rust 中以原子方式处理内存区域

Question

假设我们可以访问对齐为 8 且区域大小为 8 的倍数的连续内存区域。

现在，假设我想使用该区域的特定段，但我想要对其进行独占访问，因此我使用该区域的前 8 个字节来设置“忙”标志以及我要使用的段的长度。正在使用。

问题是，如果多个线程定期从同一区域分配一些内存，我需要以原子方式设置并随后清除该标志（在使用完它之后）以避免竞争条件。

使用一点

unsafe

，我们可以将最初的8个字节转换为

AtomicUsize

（假设是64位处理器），然后对其使用原子加载/存储/CAS操作，这应该可以解决并行访问的问题，至少在理论。

现在的问题是，我会违反一些编译器不变量并用这种方法引入 UB，还是完全合理的做法？

假设：段“分配”总是发生在正确（8字节）对齐的地址处，最初的8字节永远不会被意外覆盖或以非原子方式处理。

Answer 1

这触及了内存模型的一些微妙部分。

首先出现的问题是，是否会同时对内存区域进行原子和非原子读/写。 混合原子和非原子读取（在 C++ 中是 UB）在 Rust 中被定义为不是 UB。然而，当其中任何一个是写入（原子或非原子）时，这就变成了 UB。所以你必须确保所有访问都是原子的。

然后就是你到底是如何获得指针的问题。如果您有对该区域的可变引用（

&mut [u8]

或类似的东西），您可以将其转换为

&mut Atomic

（甚至有安全的API，尽管不稳定）。但是，不允许使用其他引用来访问该区域（因为引用可变）。

如果您有

共享参考 (&[u8]

)，故事就会变得更加复杂。在 Stacked Borrows 下，将共享引用转换为对 

UnsafeCell（原子包含）的引用是直接的未定义行为。另一方面，树借用允许这样做，但它不允许写入此UnsafeCell

，只能读取。这甚至是内存模型中极少数在某种程度上是最终的部分，因为 LLVM 的 

noalias

 强制要求这样做，至少对于作为函数参数的共享引用而言（因此，可能会触发实际的错误编译）与此）。

如果你有一个从来都不是引用的原始指针（例如，该区域的所有用法都使用这个指针，那么以前它是否是可变引用并不重要），那么可以将其转换为

&Atomic

 （

不是&mut Atomic

！），只要确保没有为非原子类型创建引用即可。