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CUDA 中的 原子操作函数(atomic functions) 指能在并发线程中安全地对共享变量进行操作的函数。它们避免了竞态条件(race condition),保证操作的原子性(不可分割),即多个线程对同一个变量的读-改-写过程不会相互干扰。

所有原子函数都只能用于 __device__ 代码块中(即内核函数中);

原子函数的返回值是操作执行前的原始值(即修改之前的值)。

常用原子操作函数分类

整型原子操作(整数类型 int, unsigned int, unsigned long long

函数说明
atomicAdd(address, val)*address += val 原子加
atomicSub(address, val)*address -= val 原子减
atomicExch(address, val)*address = val 原子交换
atomicMin(address, val)*address = min(*address, val)
atomicMax(address, val)*address = max(*address, val)
atomicInc(address, limit)(*address < limit) ? (*address)++ : 0
atomicDec(address, limit)`(*address == 0
atomicCAS(address, compare, val)比较并交换(compare-and-swap)
atomicAnd(address, val)原子按位与
atomicOr(address, val)原子按位或
atomicXor(address, val)原子按位异或

浮点型原子操作(float, double

在早期版本的 CUDA 中,浮点类型没有原子操作支持。但现在已经部分支持

函数说明支持设备
atomicAdd(float* address, float val)原子加所有现代 GPU
atomicAdd(double* address, double val)原子加需要支持 Compute Capability >= 6.0(即 Pascal 架构及之后)

注意:CUDA 目前只支持浮点加法的原子操作,不支持 min/max/mul 等。

atomicCAS

atomicCAS(int* address, int compare, int val)
  • 如果 *address == compare,则执行 *address = val

  • 否则不变。

  • 返回原始值。

可以用它构建更复杂的原子逻辑(比如锁、更新最小值等)。

例子:使用 atomicCAS 实现一个简单自旋锁

__device__ void acquire_lock(int* lock) {// 尝试将 lock 从 0 设置为 1(即空闲变为占用)while (atomicCAS(lock, 0, 1) != 0); // 自旋直到成功获取
}__device__ void release_lock(int* lock) {// 释放锁:把锁设为 0atomicExch(lock, 0); // 释放锁
}

支持 block 内共享锁 

你也可以把 lock 放在共享内存中,实现 block 内的线程同步

__shared__ int block_lock;if (threadIdx.x == 0) block_lock = 0;
__syncthreads();acquire_lock(&block_lock);
// block 内线程临界区
release_lock(&block_lock);

地址空间支持

地址空间是否支持原子操作
全局内存(global memory)✅ 支持
共享内存(shared memory)✅ 支持
本地内存(local memory)❌ 不支持
常量内存(constant memory)❌ 不支持
统一内存(unified memory)✅ 支持,行为类似全局内存

使用示例代码啊

实现了统计字符流里的字符出现频率


#include <cuda_runtime.h>
#include <device_launch_parameters.h>#include <iostream>
#include<cstdio>
#define SIZE 100*1024
void error_handling(cudaError_t res) {if (res !=cudaSuccess) {std::cout << "error!" << std::endl;}
}
__global__ void histo_kernel(char* buffer, long size, unsigned int* histo) {int i = blockIdx.x * blockDim.x + threadIdx.x;int stride = blockDim.x * gridDim.x;while (i < size) {atomicAdd(&(histo[buffer[i]]), 1);i += stride;}
}
int main() {char* buffer=new char[SIZE];std::cin.getline(buffer, SIZE);unsigned int histo[256] = { 0 };//频率数组cudaEvent_t start, stop;error_handling(cudaEventCreate(&start));error_handling(cudaEventCreate(&stop));error_handling(cudaEventRecord(start, 0));//设备上的buffer和histochar* dev_buffer;unsigned int *dev_histo;error_handling(cudaMalloc((void**)&dev_buffer,SIZE));error_handling(cudaMalloc((void**)&dev_histo, 256*sizeof(int)));error_handling(cudaMemcpy(dev_buffer,buffer,SIZE,cudaMemcpyHostToDevice));error_handling(cudaMemset(dev_histo,0,256*sizeof(int)));//***cudaDeviceProp prop;error_handling(cudaGetDeviceProperties(&prop, 0));int blocks = prop.multiProcessorCount;int input_len = strlen(buffer);histo_kernel << <blocks * 2, 256 >> > (dev_buffer, input_len, dev_histo);error_handling(cudaEventRecord(stop, 0));error_handling(cudaEventSynchronize(stop));      // 等待 stop 事件代表的所有前序操作完成float elapsedTime;error_handling(cudaEventElapsedTime(&elapsedTime, start, stop));std::cout << "Kernel execution time: " << elapsedTime << " ms" << std::endl;error_handling(cudaMemcpy(histo,dev_histo,256*sizeof(int),cudaMemcpyDeviceToHost));for (int i = 0; i < 256; i++) {std::cout << static_cast<char>(i) << " occurred " << histo[i] << " times" << std::endl;}error_handling(cudaEventDestroy(start));error_handling(cudaEventDestroy(stop));error_handling(cudaFree(dev_buffer));error_handling(cudaFree(dev_histo));delete[]buffer;
}

http://www.dtcms.com/wzjs/452645.html

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