Подтвердить что ты не робот

Почему ThreadSanitizer сообщает о гонке с этим примером без блокировки?

Я проглотил это до простого автономного примера. В основном потоке помещается 1000 элементов, а рабочий поток пытается выполнить деактивацию одновременно. ThreadSanitizer жалуется, что существует пробег между чтением и записью одного из элементов, несмотря на то, что существует защитная последовательность памяти памяти-освобождения, защищающая их.

#include <atomic>
#include <thread>
#include <cassert>

struct FakeQueue
{
    int items[1000];
    std::atomic<int> m_enqueueIndex;
    int m_dequeueIndex;

    FakeQueue() : m_enqueueIndex(0), m_dequeueIndex(0) { }

    void enqueue(int x)
    {
        auto tail = m_enqueueIndex.load(std::memory_order_relaxed);
        items[tail] = x;              // <- element written
        m_enqueueIndex.store(tail + 1, std::memory_order_release);
    }

    bool try_dequeue(int& x)
    {
        auto tail = m_enqueueIndex.load(std::memory_order_acquire);
        assert(tail >= m_dequeueIndex);
        if (tail == m_dequeueIndex)
            return false;
        x = items[m_dequeueIndex];    // <- element read -- tsan says race!
        ++m_dequeueIndex;
        return true;
    }
};


FakeQueue q;

int main()
{
    std::thread th([&]() {
        int x;
        for (int i = 0; i != 1000; ++i)
            q.try_dequeue(x);
    });

    for (int i = 0; i != 1000; ++i)
        q.enqueue(i);

    th.join();
}

Выход ThreadSanitizer:

==================
WARNING: ThreadSanitizer: data race (pid=17220)
  Read of size 4 at 0x0000006051c0 by thread T1:
    #0 FakeQueue::try_dequeue(int&) /home/cameron/projects/concurrentqueue/tests/tsan/issue49.cpp:26 (issue49+0x000000402bcd)
    #1 main::{lambda()#1}::operator()() const <null> (issue49+0x000000401132)
    #2 _M_invoke<> /usr/include/c++/5.3.1/functional:1531 (issue49+0x0000004025e3)
    #3 operator() /usr/include/c++/5.3.1/functional:1520 (issue49+0x0000004024ed)
    #4 _M_run /usr/include/c++/5.3.1/thread:115 (issue49+0x00000040244d)
    #5 <null> <null> (libstdc++.so.6+0x0000000b8f2f)

  Previous write of size 4 at 0x0000006051c0 by main thread:
    #0 FakeQueue::enqueue(int) /home/cameron/projects/concurrentqueue/tests/tsan/issue49.cpp:16 (issue49+0x000000402a90)
    #1 main /home/cameron/projects/concurrentqueue/tests/tsan/issue49.cpp:44 (issue49+0x000000401187)

  Location is global 'q' of size 4008 at 0x0000006051c0 (issue49+0x0000006051c0)

  Thread T1 (tid=17222, running) created by main thread at:
    #0 pthread_create <null> (libtsan.so.0+0x000000027a67)
    #1 std::thread::_M_start_thread(std::shared_ptr<std::thread::_Impl_base>, void (*)()) <null> (libstdc++.so.6+0x0000000b9072)
    #2 main /home/cameron/projects/concurrentqueue/tests/tsan/issue49.cpp:41 (issue49+0x000000401168)

SUMMARY: ThreadSanitizer: data race /home/cameron/projects/concurrentqueue/tests/tsan/issue49.cpp:26 FakeQueue::try_dequeue(int&)
==================
ThreadSanitizer: reported 1 warnings

Командная строка:

g++ -std=c++11 -O0 -g -fsanitize=thread issue49.cpp -o issue49 -pthread

g++ версия: 5.3.1

Может ли кто-нибудь пролить свет на то, почему Цан думает, что это гонка данных?


UPDATE

Кажется, что это ложный позитив. Чтобы успокоить ThreadSanitizer, я добавил аннотации (см. здесь для поддерживаемых и здесь для примера). Обратите внимание, что обнаружение того, включен ли tsan в GCC через макрос, только недавно добавлен, поэтому мне пришлось вручную передать -D__SANITIZE_THREAD__ в g++ на данный момент.

#if defined(__SANITIZE_THREAD__)
#define TSAN_ENABLED
#elif defined(__has_feature)
#if __has_feature(thread_sanitizer)
#define TSAN_ENABLED
#endif
#endif

#ifdef TSAN_ENABLED
#define TSAN_ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(addr) \
    AnnotateHappensBefore(__FILE__, __LINE__, (void*)(addr))
#define TSAN_ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(addr) \
    AnnotateHappensAfter(__FILE__, __LINE__, (void*)(addr))
extern "C" void AnnotateHappensBefore(const char* f, int l, void* addr);
extern "C" void AnnotateHappensAfter(const char* f, int l, void* addr);
#else
#define TSAN_ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(addr)
#define TSAN_ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(addr)
#endif

struct FakeQueue
{
    int items[1000];
    std::atomic<int> m_enqueueIndex;
    int m_dequeueIndex;

    FakeQueue() : m_enqueueIndex(0), m_dequeueIndex(0) { }

    void enqueue(int x)
    {
        auto tail = m_enqueueIndex.load(std::memory_order_relaxed);
        items[tail] = x;
        TSAN_ANNOTATE_HAPPENS_BEFORE(&items[tail]);
        m_enqueueIndex.store(tail + 1, std::memory_order_release);
    }

    bool try_dequeue(int& x)
    {
        auto tail = m_enqueueIndex.load(std::memory_order_acquire);
        assert(tail >= m_dequeueIndex);
        if (tail == m_dequeueIndex)
            return false;
        TSAN_ANNOTATE_HAPPENS_AFTER(&items[m_dequeueIndex]);
        x = items[m_dequeueIndex];
        ++m_dequeueIndex;
        return true;
    }
};

// main() is as before

Теперь ThreadSanitizer счастлив во время выполнения.

4b9b3361

Ответ 1

ThreadSanitizer не подходит для подсчета, он не может понять, что записи в элементы всегда происходят до чтения.

ThreadSanitizer может обнаружить, что хранилища m_enqueueIndex происходят до загрузки, но не понимают, что хранилище до items[m_dequeueIndex] должно произойти до загрузки, когда tail > m_dequeueIndex.

Ответ 2

Это выглядит как https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=78158. Разборка двоичного файла, созданного GCC, показывает, что он не обрабатывает атомные операции на O0. В качестве обходного пути вы можете либо построить свой код с помощью GCC с помощью -O1/-O2, либо получить себе новую сборку Clang и использовать ее для запуска ThreadSanitizer (это рекомендуется, так как TSan разрабатывается как часть Clang и только backported to GCC).

Недопустимые комментарии: TSan может легко понять связь между атомикой в ​​вашем коде (это можно проверить, выполнив указанный выше регенератор под TSan в Clang).

Я также не рекомендую использовать AnnotateHappensBefore()/AnnotateHappensAfter() по двум причинам:

  • в большинстве случаев вам не понадобятся; они означают, что код делает что-то действительно сложное (в этом случае вы можете дважды проверить, что вы делаете это правильно);

  • если вы сделаете ошибку в своем коде без блокировки, распыление его аннотациями может замаскировать эту ошибку, так что TSan ее не заметит.