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【Linux 内核 内存管理】优化内存屏障 ② ( 内存屏障 | 编译器屏障 | 处理器内存屏障 | 内存映射 IO 写屏障 )

文章目录 一、内存屏障 二、编译器屏障 三、处理器内存屏障 一、内存屏障 ---- 内存屏障 , 又称为 " 屏障指令 " , 用于保证 " 编译器 “ 或 ” CPU “ 访问内存时 , 保证 按照顺序执行..., 即 ” 内存屏障 之前 “ 的指令 与 ” 内存屏障 之后 " 的指令 不会犹豫 编译器 和 CPU 优化导致 顺序混乱 ; " 指令 " 优化主要分 2 种 : ① 编译器优化 : 为了 提高程序执行性能...指令乱序执行 , 后面的指令先于前面的指令执行 , 导致 寄存器中的值冲突 ; Linux 内核支持的 3 种内核屏障 : ① 编译器屏障 ② 处理器内存屏障 ③ 内存映射 I/O 写屏障 , 全称...编译器会在编译代码时 , 在 不影响 程序逻辑的前提下 , 对程序指令进行重排 , 主要操作是 调整程序指令的执行顺序 ; 优化后的结果 , 可能 不符合软件开发想要开发的需求 ; 三、处理器内存屏障...---- " 处理器内存屏障 “ 针对 ” CPU " 之间的内存访问乱序 和 CPU 访问外设乱序 问题 ; 为了 提高 " 流水线 " 性能 , 新式处理器可以采用 " 超标量 体系结构 “ 和

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Linux内核理解 Memory barrier（内存屏障）

本文例子均在 Linux（g++）下验证通过，CPU 为 X86-64 处理器架构。所有罗列的 Linux 内核代码也均在（或只在）X86-64 下有效。...腾讯T6-9首发“Linux内核源码嵌入式开发进阶笔记”，差距不止一点点哦Memory barrier 简介程序在运行时内存实际的访问顺序和程序代码编写的访问顺序不一定一致，这就是内存乱序访问。...【文章福利】小编推荐自己的Linux内核技术交流群:【865977150】整理了一些个人觉得比较好的学习书籍、视频资料共享在群文件里面，有需要的可以自行添加哦！！！...避免编译时内存乱序访问的办法就是使用编译器 barrier（又叫优化 barrier）。Linux 内核提供函数 barrier() 用于让编译器保证其之前的内存访问先于其之后的完成。...在 Linux 内核中，提供了一个宏 ACCESS_ONCE 来避免编译器对于连续的 ACCESS_ONCE 实例进行指令重排。

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【Linux 内核 内存管理】优化内存屏障 ④ ( 处理器内存屏障 | 八种处理器内存屏障 | 通用内存屏障 | 写内存屏障 | 读内存屏障 | 数据依赖屏障 | 强制性内存屏障 |SMP内存屏障 )

文章目录 一、处理器内存屏障 二、Linux 内核处理器内存屏障 一、处理器内存屏障 ---- " 处理器内存屏障 “ 针对 ” CPU " 之间的内存访问乱序 和 CPU 访问外设乱序 问题 ; 为了...超标量 体系结构 “ 和 ” 乱序执行 " 技术 , 可以在 一个时钟周期 中 并行执行多条指令 ; 但是 CPU 执行优化会导致 指令乱序执行 , 后面的指令先于前面的指令执行 , 导致 寄存器中的值冲突...; CPU 执行优化总结 : 顺序取指令 , 乱序执行 , 执行结果顺序提交 ; 二、Linux 内核处理器内存屏障 ---- Linux 内核中有 8 种 " 处理器内存屏障 " ; 内存屏障...有 4 种类型 , ① 通用内存屏障 ② 写内存屏障 ③ 读内存屏障 ④ 数据依赖屏障 每种类型的 内存屏障 又分为 ① 强制性内存屏障 ② SMP 内存屏障 两种类型 ; 因此将上面 8 种..." 处理器内存屏障 " 列成表格如下 : 内存屏障类型 强制性内存屏障 SMP 内存屏障 ① 通用内存屏障 mb() smp_mb() ② 写内存屏障 wmb() smp_wmb() ③ 读内存屏障 rmb

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Linux内核27-优化和内存屏障

比如说，对于Linux内核的barrier()宏，展开后就是asm volatile("":::"memory")，就是一个优化屏障。...我们需要注意的是优化屏障不能保证汇编指令的执行不会乱序，这是由内存屏障保障的。 内存屏障确保屏障原语前的指令完成后，才会启动原语之后的指令操作。 2....ARM系统中，使用ldrex和strex汇编指令实现内存屏障。 3. Linux内核使用的内存屏障原语 Linux内核中使用的内存屏障原语如下，如表5-6所示。...当然了，这些原语完全可以作为优化屏障，阻止编译器优化该屏障前后的汇编指令。读内存屏障只对内存的读操作指令有效；写内存屏障只对内存的写操作指令有效。...表5-6 Linux内存屏障 macro 描述 mb() MP和UP的内存屏障 rmb() MP和UP的读内存屏障 wmb() MP和UP的写内存屏障 smp_mb() MP内存屏障 smp_rmb()

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【Linux 内核 内存管理】优化内存屏障 ① ( barrier 优化屏障 | 编译器优化 | CPU 执行优化 | 优化屏障源码 barrier 宏 )

: 该优化是为了 提高 " 流水线 " 性能 , 但是 CPU 执行优化会导致 指令乱序执行 , 后面的指令先于前面的指令执行 , 导致 寄存器中的值冲突 ; " 优化屏障 " 的作用是 避免优化操作...对指令顺序 进行重排 , 保障 代码编译时 , 在 " 优化屏障 之前 “ 的指令 , 不会在 ” 优化屏障 之后 " 执行 ; 二、优化屏障源码 ---- 在 Linux 中 , " 优化屏障 "...是通过 barrier() 宏定义 实现的 , gcc 编译器 的 " 优化屏障 " 定义在 linux-5.6.18\include\linux\compiler-gcc.h 源码中 ; /* Optimization...-5.6.18\include\linux\compiler-gcc.h#20 不同的编译器 的 " 优化屏障 " barrier() 宏定义 位置不同 , 如 clang 编译器 的 优化屏障 定义在...linux-5.6.18\include\linux\compiler-clang.h 源码中 , 源码路径 : linux-5.6.18\include\linux\compiler-clang.h

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解密Linux内核神器：内存屏障的秘密功效与应用方法

内核代码里定义了这三种内存屏障，如x86平台：arch/x86/include/asm/barrier.h #define mb() asm volatile("mfence":::"memory...避免次行为的办法就是使用编译器屏障（又叫优化屏障）。 Linux内核提供了函数barrier()，用于让编译器保证其之前的内存访问先于其之后的内存访问完成。 （这个强制保证顺序的需求在哪里？...实际上，Linux内核中，宏ACCESS_ONCE能避免编译器对于连续的ACCESS_ONCE实例进行指令重排，其就是通过volatile实现的： #define ACCESS_ONCE(x) (*(volatile...在Linux内核中，除了前面说到的编译器屏障—barrier()和ACESS_ONCE()，还有CPU内存屏障： 通用屏障，保证读写操作有序，包括mb()和smp_mb(); 写操作屏障，仅保证写操作有序...本代码源于内核FIFO的一个实现，内容如下（略去了非关键代码）： 代码来源：linux-2.6.32.63\kernel\kfifo.c unsigned int __kfifo_put(struct

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【Linux 内核 内存管理】优化内存屏障 ③ ( 编译器屏障 | 禁止 开启内核抢占 与 方法保护临界区 | preempt_disable 禁止内核抢占源码 | 开启内核抢占源码 )

开启内核抢占 与 方法保护临界区 ---- 如果要使用 " 内存屏障 " , 如 : 禁止 内核 抢占 " 方法保护临界区 " : 首先 , 声明 preempt_disable(); 宏 , 表示下面的代码就是..." 方法保护临界区 " 内的代码 , 这些代码禁止 内核 抢占 ; 然后 , 编写 " 方法保护临界区 " 代码 ; 最后 , 使用 preempt_enable(); 宏 , 表示之后的代码允许 内核...preempt_disable 与 开启内核抢占 preempt_enable 之间的 " 方法保护临界区 " 代码中 , 添加 " 编译器优化屏障 " ; 声明 " 方法保护临界区 " 代码示例 :...preempt_disable(); // 方法保护临界区 preempt_enable(); 二、编译器优化屏障 ---- gcc 编译器优化屏障 参考 【Linux 内核 内存管理】优化内存屏障...编译器 的 " 优化屏障 " 定义在 linux-5.6.18\include\linux\compiler-gcc.h 源码中 ; /* Optimization barrier */ /* The

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【Linux 内核 内存管理】Linux 内核内存布局 ③ ( Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 | 统计输出 vmalloc 分配的内存 )

文章目录 一、Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 二、统计输出 vmalloc 分配的内存 一、Linux 内核 动态分配内存 系统接口函数 ---- Linux 内核 " 动态分配内存 "...是通过 " 系统接口 " 实现的 , 下面介绍几个重要的 接口函数 ; ① 以 " 页 " 为单位分配内存 : alloc_pages , __get_free_page ; ② 以 " 字节 " 为单位分配..." 虚拟地址连续的内存块 " : vmalloc ; ③ 以 " 字节 " 为单位分配 " 物理地址连续的内存块 " : kmalloc ; 注意 该 " 物理地址连续的内存块 " 是以 Slab 为中心的...; 二、统计输出 vmalloc 分配的内存 ---- 执行 grep vmalloc /proc/vmallocinfo 命令 , 可以统计输出 通过 vmalloc 函数分配的 " 虚拟地址连续的内存块

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内存屏障 – MemoryBarrier

告诉的方法就是通过CPU提供的一组同步指令实现，通常在CPU的文档里面有对同步指令的使用说明。系统函数库里面的内存屏障（rmb/wmb/mb）实际上也是通过这些同步指令实现的。...因此在C编码的时候，只要设置好内存屏障，就能告诉CPU 哪些代码是不能乱序的。 编译器的乱序优化 受到处理器预取单元的能力限制，处理器每次只能分析一小块指令的并发性，如果指令相隔比较远就无能为力了。...通常简单地使用volatile关键字就可以解决编译器的乱序问题，但是这些指令到了处理器执行的时候，仍然可能被乱序。对于处理器乱序执行的避免就需要用到一组内存屏障函数（barrier）了。...所以就算编译器保证有序了，程序员也还是要往代码里面加内存屏障才能保证绝对访存有序，这倒不如编译器干脆不管算了，因为内存屏障本身就是一个sequence point，加入后已经能够保证编译器也有序。...因此，对于切实是需要保障访存顺序的代码，就算当前使用的编译器能够编译出有序的目标码来，我们也还是必须通过设置内存屏障的方式来保证有序，否则都是不严谨，有隐患的。

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Linux内核高端内存

Linux内核地址映射模型 x86 CPU采用了段页式地址映射模型。进程代码中的地址为逻辑地址，经过段页式地址映射后，才真正访问物理内存。 段页式机制如下图。 ?...Linux内核地址空间划分 通常32位Linux内核地址空间划分0~3G为用户空间，3~4G为内核空间。注意这里是32位内核地址空间划分，64位内核地址空间划分是不同的。 ?...Linux内核高端内存的由来 当内核模块代码或线程访问内存时，代码中的内存地址都为逻辑地址，而对应到真正的物理内存地址，需要地址一对一的映射，如逻辑地址0xc0000003对应的物理地址为0x3，0xc0000004...Linux内核高端内存的理解 前面我们解释了高端内存的由来。...2、64位内核中有高端内存吗？ 目前现实中，64位Linux内核不存在高端内存，因为64位内核可以支持超过512GB内存。若机器安装的物理内存超过内核地址空间范围，就会存在高端内存。

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聊聊内存屏障_内存栅栏

本文转载自聊聊内存屏障 导语 在之前文章聊聊JMM，说到了内存屏障，内存屏障在Java语言实现一致性内存模型上起到了重要的作用，本文我们一起聊一聊内存屏障 内存屏障是什么 在cpu执行指令的过程中，...CPU上的指令同时执行，如果涉及到共享变量的修改，这种优化会影响多线程运行的正确性,而内存屏障（memory barrier/memory fence）是硬件层面提供的一系列特殊指令，当CPU处理到这些指定时...，会做一些特殊的处理，可以使处理器内的内存状态对其它处理器可见，在不同的平台上支持的内存屏障也会有差异。...通过写缓冲器和无效化队列的，将消息累积起来，立马响应请求，提高处理器执行效率，然后在特定的时间（写缓冲满之后或者执行到内存屏障 ），批量将写缓冲中的数据写回主存，将无效化队列应用到高速缓存中，但是他们的引入...，内存屏障 内存屏障分类与作用 在X86平台提供了几种主要的内存屏障 lfence – 加载屏障 清空无效化队列，根据无效化队列中内容的内存地址，将相应处理器上高速缓存中的缓存条件状态置为I，使后续对该地址的读取时

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内存屏障是什么？

内存屏障，也称内存栅栏，内存栅障，屏障指令等， 是一类同步屏障指令，是CPU或编译器在对内存随机访问的操作中的一个同步点，使得此点之前的所有读写操作都执行后才可以开始执行此点之后的操作。...---百度百科 个人理解：就类似于我们喝茶的时候需要先把水煮开（限定条件），然后再切茶，而这一整套流程都是限定特定环节的先后顺序（内存屏障），保障切出来的茶可以更香。 为什么会有内存屏障？...三级缓存为各CPU共享，最后都是主内存，所以这些存在交互的CPU都需要通过屏障手段来保证数据的唯一性。 内存屏障解决了什么问题？...cpu屏障有哪些? ●Store：将处理器缓存的数据刷新到内存中。●Load：将内存存储的数据拷贝到处理器的缓存中。...最后 内存屏障是基于硬件提供的屏障指令来实现的，可以这样说，不同的CPU或者说厂商所实现的内存屏障不一定完全相同，但肯定存在保障屏障的指令，在操作不同的操作系统也是会根据这些不同的厂商提供的指令进行实现屏障

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Intel DPDK的内存屏障介绍

然而，内存屏障指令可以与无效队列交互，因此当给定的CPU执行内存屏障时，它会标记当前在其无效队列中的所有条目，并强制任何后续加载等待，直到所有标记的条目都已完成。被应用到CPU的缓存中。...因此，许多 CPU 架构提供较弱的内存屏障指令，仅执行这两者中的一个或另一个。粗略地说，“读内存屏障”仅标记无效队列，“写内存屏障”仅标记存储缓冲区，而成熟的内存屏障则两者兼而有之。...这样做的效果是，读内存屏障仅命令执行它的 CPU 上的加载，因此读内存屏障之前的所有加载看起来都在读内存屏障之后的任何加载之前完成。...类似地，写内存屏障仅对执行它的CPU上的存储进行排序，并且再次使得写内存屏障之前的所有存储看起来都在写内存屏障之后的任何存储之前完成。...成熟的内存屏障对加载和存储进行排序，但同样仅在执行内存屏障的 CPU 上进行。

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指令重排与内存屏障

先看一个JAVA下对象的实例化语句, 在不遵守happens-before原则时, 会出现什么问题: obj=new Object(); 该语句在执行过程中会分为三个步骤: 1. 分配内存; 2....在内存的位置上调用构造函数; 3. 将内存地址赋值给指针obj; 由于CPU的指令重排, 步骤2 和步骤3 很有可能出现颠倒执行, 已经将地址赋值给了obj, 但还没有实例化....instance = new Singleton(); } } } return instance; } } 内存屏障...private static volatile Singleton instance; 是因为volatile 在解决这种重排问题而引入了内存屏障. 内存屏障共分为四种类型: 1....StoreLoad屏障的开销是四种屏障中最大的. 在一个变量被volatile修饰后, JVM会为我们做四件事: 1. 在volatile写操作前插入StoreStore屏障; 2.

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Linux内核中的各种锁：信号量互斥锁读写锁原子锁自旋锁内存屏障等

内存屏障： 内存屏障则是用于控制内存访问顺序，确保指令的执行顺序符合预期。 因为代码往往不是看我们写的这种顺序被执行的，它有两个层面的乱序： 1）编译器层面的。...因为编译器的优化往往会对代码的汇编指令进行重排。 2）CPU层面的。多 CPU 间存在内存乱序访问的情况。 内存屏障就是让编译器或CPU对内存的访问有序。...在实现CAS操作时，需要使用内存屏障来保证操作的顺序和一致性。例如，在Java中，使用Atomic类的compareAndSet方法实现CAS操作时，会自动插入内存屏障来保证操作的正确性。...内存屏障（CPU级别）就是内存模型的一部分，用于确保特定的内存操作顺序，X86-64下仅支持一种指令重排：Store-Load ，即读操作可能会重排到写操作前面。...); // load屏障确保之前的读操作在之后的读操作之前完成 CPU级别的内存屏障除了保证指令顺序外，还要保证数据的可见性，不可见就会导致数据的不一致性。

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CPU缓存和内存屏障

CPU性能优化手段 - 缓存 为了提高程序的运行性能, 现代CPU在很多方面对程序进行了优化 例如: CPU高速缓存, 尽可能的避免处理器访问主内存的时间开销, 处理器大多会利用缓存以提高性能 ?...语义, 也就是说, 编译器和处理器不会对存在数据依赖关系的操作做重排序 两个问题 CPU高速缓存下有一个问题: 缓存中的数据与主内存的数据并不是实时同步的, 各CPU间缓存的数据也不是实时同步....在同一时间点, 各CPU所看到的同一内存地址的数据的值可能是不一致的. CPU执行指令重排序优化的一个问题: 虽然遵守了as-if-serial语义, 但仅在单CPU自己执行的情况下能保证结果正确....多核多线程中, 指令逻辑无法分辨因果关联, 可能出现乱序执行, 导致程序运行结果错误 解决方法 - 内存屏障 处理器提供了两个内存屏障指令(Memory Barrier)用于解决上述两个问题: 写内存屏障...读内存屏障(Load Memory Barrier): 在指令前插入Load Barrier, 可以让高速缓存中的数据失效, 强制从新从主内存读取数据 强制读取主内存内容, 让CPU缓存和主内存保持一致

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聊聊Linux内核的内存回收上篇

概述 内存回收是把已经使用过的的物理页帧重新放回到内核中的buddy系统(buddy系统用于申请空闲物理页帧的子系统)管理中，解决内存紧张的问题；内存回收的页帧包括未修改的文件页帧、修改且完成同步的文件页帧...内核对所有用户态进程消耗的RAW内存总量不做严格的约束，当系统负载相对较低的时候，内存大部分被磁盘高速缓存使用，随着系统负载增大，系统进程使用的内存越来越多，磁盘的高速缓存占用的内存就会被缩小，内存页帧的回收必须在消耗所有空闲页帧之前进行...内核中同时存在slab allocation,它用于内核数据结构的申请。slab分配器在频繁申请和释放的情况下效率比较高 基于LRU页帧链表 内存页帧是有映射的，映射到一个或者多个进程的虚拟空间。...内核一般用内存页帧的引用次数来表示页帧的活跃程度。一个内存区zone将空闲页帧和已经在使用的页帧分别用buddy系统和 zone的LRU链表管理。...定期回收则是内核的守护进程定期发起，尽量回收，保留足够的空闲空间。

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Linux内核编程--内存映射和共享内存

文件的内存映射示意图： 对于用户进程和内核进程： 将用户进程的一段内存区域映射到内核进程，映射成功后，用户进程对这段内存区域的修改直接反映到内核空间，同样，内核进程对这段内存区域的修改也直接反映到用户空间...没有内存映射的I/O操作示意图： 磁盘->内核空间->用户空间 有内存映射的I/O操作示意图：少了一个copy操作 内存映射的优点： 减少了拷贝次数，节省I/O操作的开支 用户空间和内核空间可以直接高效交互...offset); start：用户进程中要映射的某段内存区域的起始地址，通常为NULL（由内核来指定） length：要映射的内存区域的大小 prot：期望的内存保护标志 flags：指定映射对象的类型...fd：要映射的文件描述符 offset：要映射的用户空间的内存区域在内核空间中已经分配好了的内存区域中的偏移 --prot参数取值： PROT_READ：映射区可读 PROT_WRITE：映射区可写...一般用信号量来同步共享内存的访问。 共享内存区在系统存储中的位置： 为什么要用共享内存： 对于涉及到内核操作的，内核和进程之间，经历了四次复制操作，开销很大。

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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。...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。...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

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Linux 内核 VS 内存碎片 （下）

从 Linux 内核 VS 内存碎片 （上） 我们可以看到根据迁移类型进行分组只是延缓了内存碎片，而并不是从根本解决，所以随着时间的推移，当内存碎片过多，无法满足连续物理内存需求时，将会引起性能问题。...内存规整 在内存规整引入之前，内核还使用过 lumpy reclaim 来进行反碎片化，但在我们当前最常用的 3.10 版本内核上已经不存在了，所以不做介绍，感兴趣的朋友请从文章开头整理的列表中自取，我们来看内存规整...] 看上去原理比较简单，内核还提供了手动规整的接口：/proc/sys/vm/compact_memory，但实际上如前言所说（至少对我们最常用的 3.10 版本内核）无论是手动还是自动触发，内存规整并不好用...对于 3.10 版本内核，内存规整的时机如下： 在分配高阶内存失败后 kswapd 线程平衡 zone； 直接内存回收来满足高阶内存需求，包括 THP 缺页异常处理路径； khugepaged 内核线程尝试...，为了降低 BPF 引入的开销，这里抓取的每一次对应事件的延迟，因此和申请内存的事件相比，可能存在多对一的关系，对于 3.10 这样的老内核，在一次慢速内存分配过程中会重试多少次是不确定的， 导致 oom

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