内存避障fence（一）一个内存乱序实例
内存避障fence（一）一个内存乱序实例
mingjie
发布于 2023-03-17 10:15:36
发布于 2023-03-17 10:15:36
借鉴网上的一个例子，分析一下到底什么是memory reordering内存乱序。
实例
源码 & 编译指令：g++ -lpthread -g -o fence fence.cpp
#include <pthread.h>
#include <assert.h>
volatile int x, y, r1, r2;
void start()
{
x = y = r1 = r2 = 0;
}
void end()
{
assert(!(r1 == 0 && r2 == 0));
}
void run1()
{
x = 1;
r1 = y;
}
void run2()
{
y = 1;
r2 = x;
}
static pthread_barrier_t barrier_start;
static pthread_barrier_t barrier_end;
static void *thread1(void *)
{
while (1)
{
pthread_barrier_wait(&barrier_start);
run1();
pthread_barrier_wait(&barrier_end);
}
return NULL;
}
static void *thread2(void *)
{
while (1)
{
pthread_barrier_wait(&barrier_start);
run2();
pthread_barrier_wait(&barrier_end);
}
return NULL;
}
int main()
{
pthread_t t1;
pthread_t t2;
cpu_set_t cs;
assert(pthread_barrier_init(&barrier_start, NULL, 3) == 0);
assert(pthread_barrier_init(&barrier_end, NULL, 3) == 0);
assert(pthread_create(&t1, NULL, thread1, NULL) == 0);
assert(pthread_create(&t2, NULL, thread2, NULL) == 0);
CPU_ZERO(&cs);
CPU_SET(0, &cs);
assert(pthread_setaffinity_np(t1, sizeof(cs), &cs) == 0);
CPU_ZERO(&cs);
CPU_SET(1, &cs);
assert(pthread_setaffinity_np(t2, sizeof(cs), &cs) == 0);
while (1)
{
start();
pthread_barrier_wait(&barrier_start);
pthread_barrier_wait(&barrier_end);
end();
}
return 0;
}- pthread_barrier_wait会block直到3个并发ready，这样起到同步运行的效果。
- 真正并发的是run1、run2，两个线程会配置亲和性，分配到两个CPU上运行。
期望结果
假设两个并发的执行情况
void run1()
{
x = 1; // A1
r1 = y; // A2
}
void run2()
{
y = 1; // B1
r2 = x; // B2
}
/* ********** 初始状态 ********** */
x = y = r1 = r2 = 0;
// 无乱序run1和run2如何并发，会出现下述六种情况，无论哪种情况，r1、r2不会出现同时为零。
/* ********** 情况一：A1 A2 B1 B2 ********** */
x = 1;
r1 = y; // r1 = 0;
y = 1;
r2 = x; // r2 = 1;
/* ********** 情况二：B1 A1 A2 B2 ********** */
y = 1;
x = 1;
r1 = y; // r1 = 1;
r2 = x; // r2 = 1;
/* ********** 情况三：B1 B2 A1 A2 ********** */
y = 1;
r2 = x; // r2 = 0;
x = 1;
r1 = y; // r1 = 1;
/* ********** 情况四：A1 B1 B2 A2 ********** */
x = 1;
y = 1;
r2 = x; // r2 = 1;
r1 = y; // r1 = 1;
/* ********** 情况五：A1 B1 A2 B2 ********** */
x = 1;
y = 1;
r1 = y;
r2 = x;
/* ********** 情况五：B1 A1 B2 A2 ********** */
y = 1;
x = 1;
r2 = x;
r1 = y;可以看到无论哪种情况，都不应该出现r1 == 0 && r2 == 0
运行结果
但是实际上会发生r1、r2同时为零：
$ ll
total 316
-rw------- 1 x root 17412096 Mar 15 22:12 core.1229 <<----<<----
-rwxr-xr-x 1 x root 17088 Mar 15 22:16 fence
-rw-r--r-- 1 x root 1361 Mar 15 22:16 fence.cppcore内容：
#0 0x00007fa1910853d7 in raise () from /lib64/libc.so.6
#1 0x00007fa191086ac8 in abort () from /lib64/libc.so.6
#2 0x00007fa19107e1a6 in __assert_fail_base () from /lib64/libc.so.6
#3 0x00007fa19107e252 in __assert_fail () from /lib64/libc.so.6
#4 0x00000000004011cb in end () at fence.cpp:12
#5 0x00000000004014a7 in main () at fence.cpp:67结果分析
发生了执行时乱序的情况：
void run1()
{
x = 1;
r1 = y;
}
void run2()
{
y = 1;
r2 = x;
}
/* ********** 乱序情况 逻辑上不应该发生 ********** */
r1 = y // r1 == 0
r2 = x // r2 == 0
x = 1
y = 1如何解决
1 内存fence：成功
在X86架构下，使用mfence指令即可解决。不再core。
void run1()
{
x = 1;
__asm__ __volatile__("mfence" : : : "memory");
r1 = y;
}
void run2()
{
y = 1;
__asm__ __volatile__("mfence" : : : "memory");
r2 = x;
}2 编译fence：失败
问题：只使用编译器fence可行吗，例如：
void run1()
{
x = 1;
__asm__ __volatile__("" : : : "memory");
r1 = y;
}
void run2()
{
y = 1;
__asm__ __volatile__("" : : : "memory");
r2 = x;
}结果：还是会core，不带mfence指令只能保证无编译乱序，无法解决内存乱序。
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原始发表：2023-03-16，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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