X86 திசையன் செயல்பாடுகளில் ஒரு உறுப்பு அணு தன்மையைப் புரிந்துகொள்வது

X86 இல் சிம்ட் அணுசக்தியின் மர்மத்தை அவிழ்த்து விடுதல்

நவீன கம்ப்யூட்டிங் செயல்திறன் உகப்பாக்கத்திற்காக சிம்ட் (ஒற்றை அறிவுறுத்தல், பல தரவு) ஐ பெரிதும் நம்பியுள்ளது, ஆனால் உறுப்பு மட்டத்தில் அணு தன்மையை உறுதி செய்வது ஒரு சிக்கலான சவாலாக உள்ளது. `அணு கையாளும் போது பகிரப்பட்ட_அரே [] `ஒரு திசையன் சுழற்சியில், டெவலப்பர்கள் உறுப்புகளுக்கு இடையில் சாத்தியமான கிழிக்கும் விளைவுகளை கருத்தில் கொள்ள வேண்டும். .

இன்டெல்லின் கையேடுகள் திசையன் எவ்வாறு சுமைகள் மற்றும் கடைகள் நடந்துகொள்கின்றன என்பதற்கான தெளிவற்ற வழிகாட்டுதலை வழங்குகிறது, விளக்கத்திற்கு இடமளிக்கிறது. சீரமைக்கப்பட்ட 8-பைட் அணுகல்கள் பொதுவாக அணு-பெரிய அளவிலான செயல்பாடுகள் உறுப்பு வாரியான அணுசக்தியில் நிச்சயமற்ற தன்மைகளை அறிமுகப்படுத்தலாம் . இது எதிர்கால-சரிபார்ப்பு SIMD செயல்பாடுகள் குறித்த முக்கியமான கேள்விகளை எழுப்புகிறது.

இணையான தேடல், திசையாற்றப்பட்ட சுருக்கம் அல்லது நினைவகத் தொகுதியை பூஜ்ஜியமாக்குதல் போன்ற நிஜ உலக காட்சிகள் அணுசக்தி உத்தரவாதங்களைப் பற்றிய தெளிவான புரிதலைக் கோருகின்றன. தரவு ஒருமைப்பாட்டைப் பராமரிக்க vmaskmov, Coull, மற்றும் சிதறல் போன்ற வழிமுறைகளில் உறுப்பு கிழிக்கும் ஆபத்து மதிப்பிடப்பட வேண்டும். அணுசக்தி தவறான விளக்கம் எதிர்பாராத இன நிலைமைகளுக்கு வழிவகுக்கும். .

இந்த கட்டுரை x86 திசையன் சுமை/ஸ்டோர் அணு ஐ ஆராய்கிறது, இன்டெல்லின் ஆவணங்கள் மற்றும் உண்மையான வன்பொருள் நடத்தைகளை உடைக்கிறது. உறுப்பு வாரியான அணுசக்தியை நாம் பாதுகாப்பாக எடுத்துக் கொள்ளலாமா, அல்லது சாத்தியமான ஆபத்துக்களைச் சுற்றி வடிவமைக்க வேண்டுமா? விவரங்களை ஆராய்வோம் மற்றும் ஊகத்திலிருந்து உண்மையை பிரிப்போம்.

எக்ஸ் 86 இல் அணு மற்றும் சிம்டில் ஆழமாக டைவிங் செய்யுங்கள்

முதல் ஸ்கிரிப்ட் வெளிப்படையான பூட்டுகளின் தேவை இல்லாமல் இணையான கணக்கீடுகளை பாதுகாப்பாக செய்ய std :: அணு பயன்பாட்டை நிரூபிக்கிறது. ஒரு அணு வரிசையில் பூஜ்ஜியமற்ற கூறுகளைத் தேடுவது போன்ற பகிரப்பட்ட தரவைப் படித்து எழுதும் காட்சிகளில் இது முக்கியமானது . `Std :: Memory_order_relaxed` ஐப் பயன்படுத்தி, தனிப்பட்ட கூறுகளின் ஒருமைப்பாட்டைப் பேணுகையில் மேம்படுத்தல்களை அனுமதிக்கிறோம். நிகழ்நேர தரவு திரட்டல் போன்ற சந்தர்ப்பங்களில் இந்த அணுகுமுறை மிகவும் பயனளிக்கிறது, அங்கு கடுமையான ஒத்திசைவு இல்லாமல் அடிக்கடி புதுப்பிப்புகள் நிகழ்கின்றன. .

இரண்டாவது ஸ்கிரிப்ட் AVX2 ஐப் பயன்படுத்தி சிம்ட் (ஒற்றை அறிவுறுத்தல், பல தரவு) மேம்படுத்தல்களில் கவனம் செலுத்துகிறது. `_MM256_LOAD_SI256` மற்றும்` _MM256_STORE_SI256` ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், 256-பிட் திசையன்களை திறம்பட ஏற்றி சேமிக்கலாம், பல முழு எண்களை இணையாக செயலாக்கலாம். பட செயலாக்கம் போன்ற பயன்பாடுகளில் இது மிகவும் பயனுள்ளதாக இருக்கும், அங்கு ஒவ்வொரு பிக்சல் செயல்பாட்டையும் ஒரே நேரத்தில் கையாள முடியும். `சீரிஸ் (32) with உடன் நினைவக சீரமைப்பை உறுதி செய்வது, ஒழுங்குபடுத்தப்படாத நினைவக அணுகல் அபராதங்களைத் தடுப்பதன் மூலம் செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது, உயர் செயல்திறன் கொண்ட கணினி உடன் கையாளும் போது ஒரு முக்கியமான கருத்தாகும்.

வலுவான மென்பொருள் மேம்பாட்டுக்கு, சரியான அலகு சோதனை அவசியம். மூன்றாவது ஸ்கிரிப்ட் அணு செயல்பாடுகளை சரிபார்க்க Google சோதனை கட்டமைப்பை பயன்படுத்துகிறது. `Std :: அணு அணுசக்தியை சோதிப்பதன் மூலம்`assert_eq` போன்ற கூற்றுக்களுடன், சுமை-கடை நடத்தை மரணதண்டனைகளில் சீராக இருப்பதை உறுதிசெய்கிறோம். உயர்-நம்பகத்தன்மை அமைப்புகள் இல் இந்த வகை சரிபார்ப்பு அவசியம், அதாவது நிதி பயன்பாடுகள் , அங்கு ஒத்திசைவின் கீழ் தரவு ஒருமைப்பாடு உத்தரவாதம் அளிக்கப்பட வேண்டும். அணுசக்தியில் தோல்வி தவறான நிதி பரிவர்த்தனைகள் அல்லது சிதைந்த பதிவுகளுக்கு வழிவகுக்கும், இதுபோன்ற சோதனைகள் இன்றியமையாதவை. .

இந்த ஸ்கிரிப்ட்கள் x86 கட்டமைப்புகளில் திசையன் கணக்கீடு மற்றும் அணு செயல்பாடுகளின் வெவ்வேறு அம்சங்களை எடுத்துக்காட்டுகின்றன . `எஸ்.டி.டி :: அணு` அணுகுமுறை பாதுகாப்பான பல-திரிக்கப்பட்ட அணுகலை உறுதி செய்யும் அதே வேளையில், ஏ.வி.எக்ஸ் 2- அடிப்படையிலான தீர்வு மொத்த செயலாக்கத்தை மேம்படுத்துகிறது , இது தரவு-கனமான பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றதாக அமைகிறது . இரண்டு உத்திகளையும் இணைப்பது நவீன மென்பொருள் பொறியியலில் ஒரு முக்கிய கருத்தான பாதுகாப்பு மற்றும் வேகத்தை சமப்படுத்த டெவலப்பர்களை அனுமதிக்கிறது. இந்த நுட்பங்களைப் புரிந்துகொள்வது டெவலப்பர்கள் மிகவும் திறமையான, ஒரே நேரத்தில் மற்றும் எதிர்கால-ஆதாரம் கொண்ட திட்டங்களை எழுத உதவுகிறது .

#include <atomic>
#include <vector>
#include <iostream>
#include <thread>
std::vector<std::atomic<int>> shared_array(100);
void vectorized_sum() {
    int sum = 0;
    for (size_t i = 0; i < shared_array.size(); ++i) {
        sum += shared_array[i].load(std::memory_order_relaxed);
    }
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
}
int main() {
    std::thread t1(vectorized_sum);
    t1.join();
    return 0;

#include <immintrin.h>
#include <iostream>
#include <vector>
alignas(32) int shared_array[8] = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8};
void simd_vectorized_load() {
    __m256i data = _mm256_load_si256((__m256i*)shared_array);
    int result[8];
    _mm256_store_si256((__m256i*)result, data);
    for (int i = 0; i < 8; ++i) {
        std::cout << result[i] << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
}
int main() {
    simd_vectorized_load();
    return 0;

#include <gtest/gtest.h>
#include <atomic>
std::atomic<int> test_var(42);
TEST(AtomicityTest, LoadStoreAtomicity) {
    int value = test_var.load(std::memory_order_relaxed);
    ASSERT_EQ(value, 42);
}
int main(int argc, char argv) {
    ::testing::InitGoogleTest(&argc, argv);
    return RUN_ALL_TESTS();

திசையன் எக்ஸ் 86 செயல்பாடுகளில் தரவு ஒருமைப்பாட்டை உறுதி செய்தல்

X86 இல் திசையன் செயலாக்கத்தின் இன் ஒரு முக்கியமான அம்சம், இணையான கணக்கீடுகளைக் கையாளும் போது தரவு ஒருமைப்பாட்டை உறுதி செய்கிறது. முந்தைய விவாதங்கள் ஒரு உறுப்பு அணுசக்தியில் கவனம் செலுத்தினாலும், மற்றொரு முக்கிய கருத்தாகும் நினைவக சீரமைப்பு . தவறாக வடிவமைக்கப்பட்ட நினைவக அணுகல் செயல்திறன் அபராதங்கள் அல்லது வரையறுக்கப்படாத நடத்தைக்கு வழிவகுக்கும், குறிப்பாக AVX2 மற்றும் AVX-512 வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்தும் போது . `சீராக்கள் (32)` அல்லது `_mm_malloc` இன் சரியான பயன்பாடு உகந்த SIMD செயல்திறன் க்கு நினைவகம் சரியாக சீரமைக்கப்பட்டுள்ளதா என்பதை உறுதிப்படுத்த முடியும். அறிவியல் கணினி அல்லது நிகழ்நேர கிராபிக்ஸ் ரெண்டரிங் போன்ற துறைகளில் இது மிகவும் முக்கியமானது, அங்கு ஒவ்வொரு சுழற்சியும் கணக்கிடப்படுகிறது. .

பெரும்பாலும் கவனிக்கப்படாத மற்றொரு அம்சம் கேச் ஒத்திசைவு . செயல்திறனை மேம்படுத்த நவீன மல்டி கோர் சிபியுக்கள் கேச் படிநிலைகள் ஐ நம்பியுள்ளன, ஆனால் அணு திசையன் செயல்பாடுகள் நினைவக நிலைத்தன்மையின் மாதிரிகளை மதிக்க வேண்டும். std :: அணு `std :: Memage_order_seq_cst` உடன் கடுமையான வரிசைப்படுத்தலைச் செயல்படுத்தும்போது, ​​தளர்வான செயல்பாடுகள் ஆர்டர்-க்கு வெளியே மரணதண்டனை ஐ அனுமதிக்கலாம், இது நிலைத்தன்மையை பாதிக்கிறது. இணையான வரிசையாக்கம் அல்லது தரவு சுருக்க போன்ற ஒரே நேரத்தில் வழிமுறைகளில் இல் பணிபுரியும் டெவலப்பர்கள், கேச் ஒத்திசைவு தாமதங்களிலிருந்து எழும் சாத்தியமான இன நிலைமைகளைப் பற்றி அறிந்திருக்க வேண்டும் .

இறுதியாக, சேகரித்து சிதறல் செயல்பாடுகளை விவாதிக்கும்போது , மற்றொரு கவலை tlb (மொழிபெயர்ப்பு லுக்காசைட் பஃபர்) வீசுகிறது . இயந்திர கற்றல் அனுமானம் அல்லது பெரிய தரவு பகுப்பாய்வு போன்ற பெரிய அளவிலான பயன்பாடுகள், அடிக்கடி அணுகவும் தொடர்ச்சியான அல்லாத நினைவக பகுதிகள் . `Vpgatherdd` அல்லது` vpscatterdd` ஐப் பயன்படுத்துவதற்கு மெய்நிகர் நினைவக மொழிபெயர்ப்பு செயல்திறனை எவ்வாறு பாதிக்கிறது என்பதைப் பற்றிய புரிதல் தேவைப்படுகிறது . நினைவக தளவமைப்புகளை மேம்படுத்துதல் மற்றும் முன்னுரிமை நுட்பங்களைப் பயன்படுத்துதல் சீரற்ற நினைவக அணுகல் வடிவங்களுடன் தொடர்புடைய செயல்திறன் தடைகளை கணிசமாகக் குறைக்கும் .