cppcon 2021 safety guidelines for C parallel and concurrency

• 语言: 英语
• 格式: .pdf
• 来源: github.com/CppCon

摘要

文档讨论了C++在安全关键系统中的应用，特别是在汽车行业中的并行和并发安全性。MISRA和C++ CG指南强调了 mutexes 的使用规则，确保在异常条件下通过RAII控制状态，并建议避免共享可变状态和静态初始化问题。同时，文档提到了C++11及后续版本中引入的并行和并发特性，如线程、异步代理、并行算法等，并讨论了这些特性在安全关键系统中的应用挑战和解决方案。

AI总结

以下是对文档《cppcon 2021 safety guidelines for C parallel and concurrency》的总结，语言简洁明了，重点突出核心观点和关键信息：

---

### 1. 当前C++安全状况：MISRA和C++ CG
- **MISRA和C++ WG**：MISRA（用于汽车行业的安全关键系统指导方针）和C++(rulemaking group)共同关注C++的安全性。
- **指导方针的重要性**：C++ CG和MISRA是当前最重要的两项安全指南，涵盖了C++编程的安全规则。
- C++ CG：结合元规则（meta rules）和可自动化检查的规则，强调类型安全、资源安全和高性能。
- MISRA：专注于汽车行业的安全关键系统。
- **规则覆盖率**：C++ CG、MISRA和CERT C++的规则覆盖率分别为54%、76%和69%，显示现有规则的广泛适用性。

### 2. 并行安全规则
- **并发安全关键条款**：例如Rule 13，要求对mutexes使用RAII（资源获取即初始化）机制，通过`std::lock_guard`等封装mutex，以确保在异常情况下正确释放资源。
- **工具和人工审查**：工具可以通过检查`std::lock`的参数来自动检测违规。
- **其他并行安全规则**：
- 避免共享可变状态（避免数据竞态）。
- 使用顺序容器而非未排序容器。
- 针对内存模型的安全规则，确保并发操作的正确性。

### 3. 汽车安全案例
- **ISO26262要求**：ISO26262指出并发是我必须纳入“建模和编码指南”的主题。
- **并发的必要性**：并发是否应出现在安全关键系统中需要仔细评估。嵌入式系统通常采用静态执行模式，多核芯片上的组件若不交互，可不被视为并发。
- **并发的安全影响**：并发的安全性需在整体安全策略中谨慎评估。

### C++并行与并发特性
- **C++版本演进**：C++11、14、17、20逐步引入了更多并行和并发特性，包括：
- 线程、lambda、异步代理、协程等。
- 并行算法、执行器、支持异构计算的抽象。
- 原子操作、锁、内存模型等。
- **C++20新特性**：
- `jthread`和断点，提升并发控制的安全性。
- 原子引用（`atomic_ref`）、门闩和屏障等，增强并发编程的能力。
- 原子操作的兼容性改进，减少内存模型中的空白和不确定性。
- **安全关键API**：新一代API在图形、计算和显示领域更注重安全性，减少API表面积，消除歧义和未定义行为，提高确定性。

### 未来展望
- **整合安全与新技术**：C++需从顺序执行向并发、由并发向异构计算演进，满足以下需求：
- 与机器学习（ML）和人工智能（AI）的安全性集成。
- 适应汽车行业的新标准（如UL 4600、SAE ORAD）。
- **MISRA和C++ CG的未来方向**：
- 继续扩展指南范围，发布更多版本。
- 重点关注高性能、优雅的代码风格和静态检查。

### 总结
文档强调了C++在并行和并发中的安全性挑战，提出了MISRA和C++ CG的核心规则，并探讨了未来C++在安全关键系统中的发展方向。关键信息包括：
1. 并发和并行的安全性需谨慎评估，尤其是在汽车行业。
2. C++ CG和MISRA提供了重要的安全指南和工具支持。
3. C++的新特性（如C++20）在提升并发安全性方面具有重要作用。
4. 未来需进一步整合安全性与新技术（如ML、异构计算）。