内存屏障

内存屏障 的协作图:

宏定义
#define	xwmb_access(t, p)   (*((volatile t *)(p)))
	: 强制以指定类型访问内存地址p
#define	xwmb_compiler()
	编译器内存屏障
#define	xwmb_mp_mb()
	多核系统内存屏障
#define	xwmb_mp_rmb()
	多核系统读内存屏障
#define	xwmb_mp_wmb()
	多核写内存屏障
#define	xwmb_ddb()   xwmb_compiler()
	数据依赖屏障 @detail
#define	xwmb_mp_consume()   xwmb_ddb()
	多核系统 消费 屏障，数据依赖屏障
#define	xwmb_mp_acquire()   xwmb_mp_mb()
	多核系统 获取 屏障
#define	xwmb_mp_release()   xwmb_mp_mb()
	多核系统 释放 屏障
#define	xwmb_mp_load_acquire(t, v, p)
	: 读取内存地址，并保证此处的“读”操作一定发生在之后的“读写”操作之前
#define	xwmb_mp_store_release(t, p, v)
	存储指定类型的值到内存地址中，并保证“写”操作一定发生在之前的“读写”操作之后

详细描述

宏定义说明

xwmb_access

#define xwmb_access	(		t,
			p
	)		(*((volatile t *)(p)))

: 强制以指定类型访问内存地址p

参数

[in]	t	类型
[out]	p	地址

注解

• 类型t的位宽只能是8位、16位、32位、64位。

在文件 mb.h 第 34 行定义.

xwmb_compiler

#define xwmb_compiler

(

)

编译器内存屏障

在文件 mb.h 第 40 行定义.

xwmb_mp_mb

#define xwmb_mp_mb

(

)

多核系统内存屏障

在文件 mb.h 第 47 行定义.

xwmb_mp_rmb

#define xwmb_mp_rmb

(

)

多核系统读内存屏障

在文件 mb.h 第 54 行定义.

xwmb_mp_wmb

#define xwmb_mp_wmb

(

)

多核写内存屏障

在文件 mb.h 第 61 行定义.

xwmb_ddb

#define xwmb_ddb

(

)

xwmb_compiler()

数据依赖屏障 @detail

• Flush all pending reads that subsequents reads depend on.

• same as mp_read_barrier_depends() in Linux. (From Linux kernel): No data-dependent reads from memory-like regions are ever reordered over this barrier. All reads preceding this primitive are guaranteed to access memory (but not necessarily other CPUs' caches) before any reads following this primitive that depend on the data return by any of the preceding reads. This primitive is much lighter weight than rmb() on most CPUs, and is never heavier weight than is rmb() .

  These ordering constraints are respected by both the local CPU and the compiler.

  Ordering is not guaranteed by anything other than these primitives, not even by data dependencies. See the documentation for memory_barrier() for examples and URLs to more information.

  For example, the following code would force ordering (the initial value of "a" is zero, "b" is one, and "p" is "&a"):

  CPU 0                           CPU 1
   
  b = 2;
  memory_barrier();
  p = &b;                         q = p;
                                  read_barrier_depends();
                                  d = *q;

  because the read of "*q" depends on the read of "p" and these two reads are separated by a read_barrier_depends(). However, the following code, with the same initial values for "a" and "b":

  CPU 0                           CPU 1
   
  a = 2;
  memory_barrier();
  b = 3;                          y = b;
                                  read_barrier_depends();
                                  x = a;

  does not enforce ordering, since there is no data dependency between the read of "a" and the read of "b". Therefore, on some CPUs, such as Alpha, "y" could be set to 3 and "x" to 0. Use rmb() in cases like this where there are no data dependencies.

• 上文描述简单理解就是两次读之间的依赖关系，比较常见的场景：
  • 通过 指针 访问 变量 时，若 指针 也是从内存中读取的， 指针 的 读 和 变量 的 读 之间产生读依赖。 如果 指针 内存的 写 是在其他CPU完成的，就要考虑数据依赖屏障。
  • 读数组中 元素 时，若数组 指针 是从内存中读取的， 指针 的 读 和 元素 的 读 之间产生读依赖。 如果 指针 内存的 写 是在其他CPU完成的，就要考虑数据依赖屏障。
• C/C++中的内存顺序 —— 消费序( memory_order_consume )所表达的意思也即是读依赖屏障。
  • X86/X86_64这种强内存模型的CPU，带有数据依赖(Data dependency)， 不需要任何读依赖屏障
  • ARM/PowerPC这种弱内存模型的CPU，带有数据依赖(Data dependency)， 不需要任何读依赖屏障
  • DEC Alpha这种弱内存模型的CPU，不带有数据依赖(Data dependency)， 需要使用读依赖屏障

在文件 mb.h 第 132 行定义.

xwmb_mp_consume

#define xwmb_mp_consume

(

)

xwmb_ddb()

多核系统 消费 屏障，数据依赖屏障

在文件 mb.h 第 139 行定义.

xwmb_mp_acquire

#define xwmb_mp_acquire

(

)

xwmb_mp_mb()

多核系统 获取 屏障

通常用于 加载 操作之后。

在文件 mb.h 第 148 行定义.

xwmb_mp_release

#define xwmb_mp_release

(

)

xwmb_mp_mb()

多核系统 释放 屏障

通常用于 存储 操作之前。

在文件 mb.h 第 157 行定义.

xwmb_mp_load_acquire

#define xwmb_mp_load_acquire	(		t,
			v,
			p
	)

值:

        do {                                                    \
                xwmb_access(t, &(v)) = xwmb_access(t, p);       \
                xwmb_mp_acquire();                              \
        } while (0)

: 读取内存地址，并保证此处的“读”操作一定发生在之后的“读写”操作之前

参数

[in]	t	类型
[out]	v	类型为t的左值
[in]	p	需要读取的地址，会被强制类型转换为 t *来读取

注解

• 类型t的位宽只能是8位、16位、32位、64位。

在文件 mb.h 第 169 行定义.

xwmb_mp_store_release

#define xwmb_mp_store_release	(		t,
			p,
			v
	)

值:

        do {                                    \
                xwmb_mp_release();              \
                xwmb_access(t, (p)) = (v);      \
        } while (0)

存储指定类型的值到内存地址中，并保证“写”操作一定发生在之前的“读写”操作之后

参数

[in]	t	类型
[in]	p	类型为t *的指针，指向需要存储的地址
[in]	v	待存储的类型为t右值

注解

• 类型t的位宽只能是8位、16位、32位、64位。

在文件 mb.h 第 185 行定义.