编译器内存屏障

内存屏障介绍

• 内存屏障(memory barrier)是一种保证内存顺序访问的方法，用来解决下面这些内存乱序访问的问题。出现内存乱序访问一般有3个方面的因素
  • 编译器编译代码时候可能会重新排列汇编指令，使编译出来的程序在处理器上更快，但是有时候优化的结果可能不符合程序设计者的意图。
  • 现代处理器采用标量体系结构和乱序执行 技术，能够在一个时钟周期内并发执行多条指令，处理器按照指令顺序取出，分析出没有依赖关系的指令然后发给多个处理器执行，最后按照顺序提交执行结果。用一句话总结就是顺序取出，乱序执行，顺序提交结果执行。在有些情况下，处理器无法识别指令之间的关系，这时就会导致指乱序执行导致执行结果不符合预期
  • 多CPU处理器系统中，有些程序设计者会使用存储缓冲区，引入处理器之间的内存访问乱系的问题，一个处理器修改了数据，可能不会立即同步到自己的缓存或者其他处理器缓存，到时其他处理器不能立即看到最新的数据。
• 内核目前支持三种内存屏障，编译器屏障、处理器内存屏障、内存映射IO写屏障。这里着重介绍编译器屏障

编译器屏障

• 为提高程序代码的执行效率，编译器对代码进行优化，对于不存在依赖关系的汇编指令，重新排列他们的顺序，但是编译器优化的结果不符合预期，开发者需要去控制或者阻止这种编译器优化。barrier()是编译器提供的屏障的函数，这个函数会阻止编译器把屏障一侧的指令移动到另一侧，既不把屏障前面的指令移动到屏障后面，也不能把屏障后面的指令移动到屏障前面，编译器屏障也叫做编译器优化屏障。内核定义了宏READ_ONCE()、WRITE_ONCE()和ACCESS_ONCE()可以看做barrier()弱化形式，只阻止编译器对于单个变量优化，C语言提供了关键字volatile可以防止编译器优化单个变量。