无同步机制下，共享内存写入后其他进程何时能读取到更新值？

假设存在两个进程，它们共享一块内存（shared memory），且都持有指向共享内存起始地址的指针。场景如下：进程1向共享内存的某个偏移位置写入数据，进程2持续循环从该偏移位置拷贝数据。未使用锁或原子操作强制内存同步。

进程1代码 #

char *sh_mem;
size_t offset;
char data[4];
memcpy(sh_mem + offset, data, 4);

进程2代码 #

char *sh_mem;
size_t offset;
char read[4];
while (true)
    memcpy(read, sh_mem + offset, 4);

两者使用相同的偏移量，相关疑问如下：

• 经过多长时间后，能确保进程2读取到进程1更新后的值？
• 是否存在某种机制能保证进程2最终会发现其读取的缓存块已脏，并获取更新后的块？

核心结论 #

1. 无确定的读取时间：在没有内存同步机制（锁、原子操作、内存屏障）的前提下，不存在任何可以保证进程2读到更新后数据的时间点。
2. 无强制更新的保障机制：没有任何机制能确保进程2最终一定会发现缓存块已脏并加载新值。

详细解释 #

• 缓存架构导致的不一致：现代CPU的多级缓存设计中，进程1写入共享内存时，数据可能仅停留在自身CPU的缓存层级中，不会立即同步到主存；而进程2所在的CPU可能持续从本地缓存读取旧数据，完全感知不到其他CPU缓存或主存中的数据更新。
• 编译器与CPU的优化干扰：编译器可能对进程1的写操作进行延迟优化，CPU也可能乱序执行指令，导致写操作的实际生效时间完全不可预测；进程2的循环读操作则可能被优化为重复读取本地缓存，甚至不会触发任何主存访问请求。
• 标准层面的未定义行为：从C语言标准和CPU架构规范来看，这种未加同步的跨进程内存读写属于未定义行为，“永久读取旧值”是完全合规的结果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者W1nTer003