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共有変数の大きなセットへのスレッドセーフなアクセスを容易にする方法は？

私は2つのセット（入力と出力）を70個の32ビット整数変数と70個のブール（全部で140個の変数）持っています。これらは、3つのスレッドからアクセスして変更する必要があります。 これらの140個の変数のすべてへのスレッドセーフな読み取り/書き込みアクセスを、単一のミューテックスの下ですべてロックせずに容易にする適切な設計パターンは何ですか（これはパフォーマンスが低下することを期待しています）？

パフォーマンス要件に関する詳細：

  • スレッド1（「CANシリアル通信」）は、70の入力共有変数の1つに対する更新された値を含むパケットを1msごとにハードウェアセンサーから受信します。スレッドはその値で変数を更新します。また、5msのスレッド1ごとに、70個の出力変数すべてのコピーを作成する必要があります。

  • スレッド2（「コントローラー」）は、10msごとにすべての入力変数のコピーを作成し、すべての出力変数を上書きします。

  • スレッド3（「GUI」）は、500msごとにすべての入出力変数のコピーを作成します。

  • システムは ARM Cortex-A8 600Mhzで動作します。

1つの解決策は、140の変数ごとにミューテックスロックを作成することですが、これはハックのように感じられます。次に、変数を140のゲッターとセッターでクラスにラップしますが、これも醜いようです。

std::atomic：

他の選択肢はstd::atomic。しかし、私はそれが高度で複雑な機能であると感じています。たとえば、IRCで次のスニペットの例はスレッドセーフではないことを直感的に見ても、

typedef struct MyStruct {
        std::atomic<int> a;
        std::atomic<int> b;
}

std::atomic<MyStruct> atomic_struct;
atomic_struct.a = 1;
atomic_struct.b = 2;

// Make a copy of `atomic_struct`
Mystruct normal_struct;
normal_struct = atomic_struct;

// Edit the values of the copied struct and copy the changes back to the `atomic_struct`.
normal_struct.a = 100;
normal_struct.b = 200;
atomic_struct = normal_struct;
c++performancemultithreadingqt
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DBedrenko

コメントが答えに変わりました：

1つのミューテックスの下ですべてをロックすることでパフォーマンスを心配するのは正しいことですが、より良い解決策は、ロック内で可能な限り少ないことを確認することです。

スレッド1は値とインデックスの準備ができている必要があり、実際には単一の書き込みのみを実行します。スレッド2は、クラスの非共有ローカルインスタンスで動作し、それを共有インスタンスと交換します。スレッド3には、共有を各更新にコピーする非共有ローカルインスタンスもあります。

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Caleth

特定のケース（すべての変数がスカラー、つまり整数またはブール値）の場合、C++ 11の atomic 機能の使用を検討できます。最近のGCCまたはClangコンパイラが必要です。

したがって、std::atomic_boolを使用します。これらの変数のタイプについてはstd::atomic_intなど... atomic_load ＆ atomic_store を使用します。単純な使用法は、これらのアトミック変数へのすべてのアクセス（または割り当て）に対してatomic_load＆atomic_storeを体系的に使用することです。

変数のセット全体を処理する操作（たとえば、すべての変数のコピーを作成する）の場合、グローバルミューテックスが必要になります。

もちろん、パフォーマンスの低下はありますが、明示的なミューテックスを使用するよりもはるかに低くなります（àla std :: mutex ）。私はあなたのプラットフォームを正確には知りませんが、各アクセスは通常の非原子データの場合よりも数十倍遅くなると思います。ベンチマークする必要があります。ほとんどのミューテックス実装（少なくともLinuxでは）は、 futex（7） のようなより複雑な機械に結合されたアトミックスカラーに相当するマシンを使用しています（これが、実際にはミューテックスがアトミックより遅い理由です）。

または、（意味のある方法で）変数を一緒にグループ化することを検討し、変数の小さなサブセット（たとえば、半ダース）を制御するミューテックスを用意します。

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Basile Starynkevitch