[心得] X86 架構下的 Memory Model

[Instance (呆呆華)]

大多時間在家有點無聊，花了點時間研究以前一知半解的東西。

不過要強調的是，這篇文章只針對 X86。

std::atomic 有六種 Memory Order 選項：
memory_order_relaxed,
memory_order_consume,
memory_order_acquire,
memory_order_release,
memory_order_acq_rel,
memory_order_seq_cst

這六種模式在 X86 底下幾乎沒什麼差別的，
用最弱的 memory_order_relaxed 就可以了，
因為 X86 是屬於 Strong Memory Model 的架構。
Load-Load, Store-Store, Load-Store 情況下是安全的。

Store-Load 情況下表示，
A 執行緒儲存某一變數，
其他執行緒必須同步讀到最新的數值，
這時就必須用到原子操作。

如果要理解原子操作的話，
最簡單的方法是從硬體角度來思考。

現代的 CPU 有 L1, L2, L3 Cache，
如果你的電腦有多個核心，
當資料放在 L1, L2 Cache 時，
並不保證所有核心對某一變數的值是一致的。

而進行原子操作的動作之後，
變數的值會同步到所有核心的 Cache。

原子操作的方法有很多種：
1. std::atomic<int> x;
2. std::atomic_thread_fence(std::memory_order_relaxed);
3. asm volatile("mfence" ::: "memory"); // 組合語言
4. asm volatile("lock; addl $0,0(%%rsp)" ::: "memory", "cc"); // 好像是更快的組合
語言，我不是很了解
5. InterlockedExchange(); // Win API

效果都是將變數的值同步到所有核心，
這樣才能保證多執行緒環境下此變數的全局可見，
Win API 或許效能會稍差一點吧。


參考文章：
C++11中的內存模型上篇 - 內存模型基礎
https://tinyurl.com/f36rsus9
C++11中的內存模型下篇 - C++11支持的幾種內存模型
https://tinyurl.com/95e33cf5
X86/GCC memory fence的一些見解
https://zhuanlan.zhihu.com/p/41872203

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西之西處，大陸彼岸，我族飛舞，乘馭他風...

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 111.241.208.49 (臺灣)
※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/C_and_CPP/M.1626578713.A.0AC.html
→ sarafciel: 呃...我建議原PO去補一下圖靈獎神書計算機架構
→ sarafciel: 你這篇文章從原子操作開始的東西除了參考應該都是錯的
不是很懂，哪裡有問題在請S大詳述一下，方便後進們學習。

→ final01: 有書在講這個？？好像都是網路文章吧？所以很片段XD
→ sarafciel: CA也不是專門講這個的書啦XD 但是要理解這部分issue
→ sarafciel: 對CPU的設計跟加速原理要有一定程度的認識
推 poyenc: 好奇你怎麼不看 Hans-J. Boehm 的提案還有論文, 而是看網
→ poyenc: 路上的文章
※ 編輯: Instance (118.167.163.61 臺灣), 07/19/2021 11:51:35
噓 EricTCartman: 好奇要是一開始就知道要看Boehm的論文還會願意發文
→ EricTCartman: 給樓上酸?
→ Caesar08: 樓上，這也不是甚麼很神秘的資訊，google memory order
→ Caesar08: 上面就有寫每一個的內容是甚麼。看不懂也有spec可以讀