读书笔记-并行编程-《高性能计算（HPC）系列之一》内存屏障

目录

• Momory Ordering
  • 9.2.3.2 Neither Loads Nor Stores Are Reordered
  • 9.2.3.3 Stores Are Not Reordered With Earlier Loads
  • 9.2.3.4 Loads May Be Reordered with Earlier Stores
  • 内存屏障的实现

参考：HPC(高性能计算第一篇):一文彻底搞懂并发编程与内存屏障 [1] [2] [3]

Momory Ordering

memory barrier是memory乱序后产生的问题，和cpu架构强相关。
参考：Intel sdm手册 卷3A 多处理器管理，第二小节：内存顺序，专门讲述Memory barrier问题；

9.2.3.2 Neither Loads Nor Stores Are Reordered

9.2.3.2 节，是第一个关于内存顺序的例子

Q: 何为乱序？
A：

• 1. 两个操作独立，互不依赖，多流水线架构下两条指令可以同时执行；
• 2. 同时执行或者先后执行的情况下，也可能因为_y变量已经存在于cache中而先于_x执行
• 3. intel cpu架构下，虽然2)执行乱序，但是到最后阶段(提交阶段吗?)又会顺序退出，即旁观者看来还是_x先执行完_y再执行完，所以intel的sdm手册这一小节的标题为Neither loads nor strores are reoredered，并描述r1 = 1 and r2 = 0 is not allowed，CPU使用一个叫内存排序区的部件，完成这种顺序性(待研究)
• 4. 其他cpu架构，允许提交阶段乱序的话，那么P1就可能看到_y = 1 _x = 0的结果

Q: 对于4）怎么解决？

A：P0加上write_barrier, P1加上read_barrier(read同样可能乱序)

9.2.3.3 Stores Are Not Reordered With Earlier Loads

接下来的9.2.3.3 节描述了另外一种场景先有load操作再有store操作，这种场景下store操作也不会被reorder到load操作前

9.2.3.4 Loads May Be Reordered with Earlier Stores

9.2.3.4 读可以重排到写之前, intel x64架构下唯一会有memory reorder的情况

比如有种代码逻辑：1）mov _x,1 表示加本地的锁；2）mov r1, _y 表示检测其他线程当前是否有上锁；3）如果r1或者r2为0，表示其他线程没上锁，当前线程可以执行

正常顺序下，某一方赋值先执行，则另外一方读取肯定不为0，r1 r2可以是(1,1)(1,0)(0,1)，但是同时为0不会发生，即P0 P1不会同时执行需要互斥的临界代码

有memory reorder下，read先于之前的write先执行，则r1 r2可能会同时为0，导致P0 P1同时执行需要互斥的临界代码
如果不想有这种乱序则需要上内存屏障

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内存屏障是内存顺序问题，即，内存操作本来是能分清先后顺序的，写先读后，但顺序被打乱了，读被提到前面了。如果不想打乱顺序，需要“屏障”，挡住后面的读，防止它提前执行、提前完成。
当程序逻辑依赖读写顺序，才需要使用内存屏障，如果程序逻辑并不依赖顺序，就让读被提前吧，这样对性能有帮助
（判断程序逻辑是否依赖顺序，有时候不是那么容易的）

内存屏障的实现

lock 和 mfence 指令