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コンピューティングにおいて、メモリ モデルは、メモリを介したスレッドの相互作用と、スレッドによるデータの共有使用を記述します。
歴史と意義
メモリ モデルにより、コンパイラは多くの重要な最適化を実行できます。ループ融合などのコンパイラ最適化では、プログラム内のステートメントが移動され、共有される可能性のある変数の読み取りおよび書き込み操作の順序に影響を与える可能性があります。読み取りと書き込みの順序が変更されると、競合状態が発生する可能性があります。メモリ モデルがないと、コンパイラはこのような最適化をマルチスレッド プログラムにまったく適用しないか、マルチスレッドと互換性のない最適化を適用してバグを引き起こす可能性があります。
そのため、 Javaのような最新のプログラミング言語はメモリ モデルを実装しています。メモリ モデルは、同期ブロックまたはメソッドに入ることでロックを取得するなど、特別で明確に定義された同期操作によって確立される同期バリアを指定します。メモリ モデルでは、共有変数の値の変更は、そのような同期バリアに到達した場合にのみ他のスレッドに表示する必要があると規定されています。さらに、競合状態の概念全体が、これらのメモリ バリアに関する操作の順序に対して定義されています。[1]
これらのセマンティクスにより、最適化コンパイラは最適化を適用する際の自由度が高まります。コンパイラは、同期バリアにおける (潜在的に共有される) 変数の値が、最適化されたコードと最適化されていないコードの両方で同じであることが保証されることを確認するだけで済みます。特に、同期バリアを含まないコード ブロック内のステートメントの順序変更は、コンパイラによって安全であると想定されます。
記憶モデルの分野におけるほとんどの研究は、次の点を中心に展開されています。
- 競合のないプログラムと (おそらくより重要な) 競合を含むプログラムについて十分な保証を提供しながら、コンパイラの最適化の自由度を最大限に高めるメモリ モデルを設計します。
- このようなメモリ モデルに関して正しいプログラム最適化を証明します。
Javaメモリ モデルは、一般的なプログラミング言語に包括的なスレッド メモリ モデルを提供する最初の試みでした。[2]スレッドをライブラリとして安全に実装するには、実装に一定の制限を設けなければならず、特にCおよびC++標準 ( C99およびC++03 ) には必要な制限が欠けていることが判明した後、[3] [4] C++ スレッド サブ委員会は適切なメモリ モデルの作業を開始しました。2005 年に、彼らは C 作業文書 n1131 [5]を提出し、C 委員会にその取り組みを承認してもらいました。提案されたメモリ モデルの最終改訂版である C++ n2429 [6] は、 2007 年 10 月の Kona での会議で C++ ドラフト標準に承認されました。[7]その後、メモリ モデルは次の C++ および C 標準であるC++11およびC11に含まれました。[8] [9] Rustプログラミング言語は、 C/C++ のメモリ モデルのほとんどを継承しました。[10]
参照
参考文献
- ^ Jeremy Manson および Brian Goetz (2004 年 2 月)。「JSR 133 (Java メモリ モデル) FAQ」。2010 年 10 月 18 日取得。Java
メモリ モデルは、マルチスレッド コードで有効な動作と、スレッドがメモリを介してやり取りする方法を説明します。プログラム内の変数の関係と、実際のコンピュータ システムでメモリまたはレジスタに変数を保存したり、そこから変数を取得したりする低レベルの詳細を説明します。これは、さまざまなハードウェアとさまざまなコンパイラ最適化を使用して正しく実装できる方法で行われます。
- ^ Goetz, Brian (2004-02-24). 「Java メモリ モデルの修正、パート 1」. IBM . 2008-02-17に閲覧。
- ^ Buhr, Peter A. (1995 年 9 月 11 日)。「安全な並行ライブラリは可能か?」(PDF) Communications of the ACM。2015年 5 月 12 日閲覧。
- ^ Boehm, Hans-J. (2004 年 11 月 12 日). 「スレッドはライブラリとして実装できない」(PDF)。2017 年 5 月 30 日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。2015 年 5 月 12 日閲覧。
- ^ Boehm, Hans; Lea, Doug ; Pugh, Bill (2005-08-26). 「C++ メモリ モデルに関する議論の C 言語への影響」(PDF) . www.open-std.org . 2015-05-12に取得。
- ^ 「WG21/N2429: 並行メモリモデル (最終改訂版)」www.open-std.org . 2007-10-05 . 2015-05-12閲覧。
- ^ 「N2480: 提案された C++ 並行メモリ モデルのより形式的でない説明」www.open-std.org 。2015年 5 月 12 日閲覧。
- ^ Alexandrescu, Andrei; Boehm, Hans; Henney, Kevlin; Hutchings, Ben; Lea, Doug; Pugh, Bill (2005-03-04). 「マルチスレッド C++ のメモリ モデル: 問題」(PDF) 。2014-04-24取得。C
++ スレッド ライブラリは、プログラム実行を指定するために C++ の拡張メモリ モデルを (暗黙的または明示的に) 指定するという厄介な状況にあります。マルチスレッド実行に適したメモリ モデルを C++ 標準に統合することを提案します。
- ^ Boehm, Hans. 「C++ のスレッドとメモリ モデル」。2014 年 4 月 24 日閲覧。
この [リンク ファーム] は、マルチスレッド C++ プログラムの意味を明確にし、現在不足している標準的なスレッド関連 API を提供する取り組みに関する情報を提供します。
- ^ 「The Rustonomicon, Atomics」 。2024年 7 月 8 日閲覧。Rust
は、C++20 からアトミックのメモリ モデルをかなり露骨に継承しています。