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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...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...() 如果使用 " 处理器内存屏障 " , 其隐含着同时使用 " 编译器优化屏障 " ; ( 数据依赖屏障 除外 ) ;

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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...调整程序指令的执行顺序 ; ② CPU 执行优化 : 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 ; 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 Memory Mapping I/O , 简称 MMIO , 目前已经被弃用 ; 二、编译器屏障...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

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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。...内存乱序访问主要发生在两个阶段：编译时，编译器优化导致内存乱序访问（指令重排）运行时，多 CPU 间交互引起内存乱序访问Memory barrier 能够让 CPU 或编译器在内存访问上有序。...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。.../kernel.h>#include #include #include #include <linux/kfifo.h

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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。...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()...MP读内存屏障 smp_wmb() MP写内存屏障 内存屏障的实现跟系统架构息息相关。

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    内存屏障 – MemoryBarrier

    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。...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。...实质上 volatile最大的作用主要还是在保证每次使用从内存中取值，而并不能保证编译器不做其他任何优化（毕竟volatile从字面上看意思是“易变”而不是“有序”。...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 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 )

    文章目录 一、优化屏障 ( 编译器优化 | CPU 执行优化 ) 二、优化屏障源码 一、优化屏障 ( 编译器优化 | CPU 执行优化 ) ---- " 代码 “ 编译成 ” 可执行文件 “ , 执行该..." 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...-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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    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，...来保证单线程程序运行的正确性，同时也提升了CPU的执行效率，合理的利用了CPU等待时间， 在多核CPU的情况下，因为多核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、内存栅栏是什么？...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。...内存屏障解决了什么问题？ 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？...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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    指令重排与内存屏障

    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....在volatile写操作后插入StoreLoad屏障; 3. 在volatile读操作前插入LoadLoad屏障; 4. 在volatile读操作后插入LoadStore屏障.

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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 ?...最终写入主内存以那个CPU为准?...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...(Store Memory Barrier): 在指令后插入Store Barrier, 能让写入缓存中的最新数据更新写入主内存, 让其他线程可见 强制写入主内存, 这种显示调用, CPU就不会因为性能考虑而进行指令重排...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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    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。...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，...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。

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    Intel DPDK的内存屏障介绍

    因此，硬件设计者提供内存屏障指令来允许软件告诉CPU这种关系。...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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    解密Linux内核神器：内存屏障的秘密功效与应用方法

    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...从最新linux-3.16-rc3 kernel的代码：lib\kfifo.c的实现： __kfifo_in中也可以看出memcpy(fifo->data + off, src, l); memcpy(

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    指令重排序与内存屏障

    剧透一下，这段代码的含义就是用汇编语言，在这里加入了一个内存屏障。好了，开始讲讲什么是指令重排序，什么是内存屏障吧！...内存屏障 内存屏障（memory barrier）又叫内存栅栏（memory fence），其目的就是用来阻挡CPU对指令的重排序。我们再看下glibc最终修改后的代码。...所以不需要给CPU加内存屏障。 当然如果要加的话，也有办法是这样写： __asm volatile ("mfence" ::: "memory") mfence是针对CPU的内存屏障。...内存屏障与MESI 看完前面的内容，相信你已经认识到内存屏障对于阻止编译器和CPU指令重排序的作用，但其实CPU的内存屏障却不止如此，还记得本系列的上一篇文章介绍了CPU的缓存一致性协议MESI吗？...所以内存屏障还有其他功能： 写类型的内存屏障还能触发内存的强制更新，让Store Buffer中的数据立刻回写到内存中。

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    【说站】Java内存屏障是什么

    Java内存屏障是什么 概念 1、内存屏障是插入两个CPU命令之间的命令，禁止处理器命令的重新排序(如屏障)，以确保有序性。...此外，为了达到屏障的效果，在处理器写入、读取值之前，将主机的值写入缓存，清空无效的队列，保障可见性。...这是因为在同步区域内写入变量操作，离开同步区域时将目前线程内的数据更新到内存，数据的阅读也不能从缓存中阅读，只能从内存中阅读，保证数据的阅读效果。这是插入StoreStore屏障。...使用volatile修饰变量时，将变量的写作操作插入StoreLoad屏障。 其余操作需要通过Unsafe这一类进行。 以上就是Java内存屏障的介绍，希望对大家有所帮助。

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    谈乱序执行和内存屏障【转】

    谈乱序执行和内存屏障 10多年前的程序员对处理器乱序执行和内存屏障应该是很熟悉的,但随着计算机技术突飞猛进的发展,我们离底层原理越来越远,这并不是一件坏事,但在有些情况下了解一些底层原理有助于我们更好的工作....不同架构的处理器在其指令集中提供了不同的指令来发起内存屏障,对应在编程语言当中就是提供特殊的关键字来调用处理器相关的指令....内存屏障的分类 在开始看一下表格之前,务必确保自己了解Store和Load指令的含义.简单来说,Store就是将处理器缓存中的数据刷新到内存中,而Load则是从内存拷贝数据到缓存当中....| Store1;StoreLoad;Load1 | 该屏障确保Store1立刻刷新数据到内存的操作先于Load2及其后所有装载装载指令的操作.它会使该屏障之前的所有内存访问指令(存储指令和访问指令)...完成之后,才执行该屏障之后的内存访问指令 StoreLoad Barriers同时具备其他三个屏障的效果,因此也称之为全能屏障,是目前大多数处理器所支持的,但是相对其他屏障,该屏障的开销相对昂贵.在x86

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    volatile与内存屏障 发布于 2

    内存屏障 在大多数现代的处理器体系结构中，插入内存屏障（memory barrier，或称内存栅栏）会影响处理器读取和写入数据的方式，使得在内存屏障指令之前的所有读/写操作都在该指令之后的读/写操作前完成...内存屏障并不直接导致CPU每次修改或读取变量都会立即更新主存。实际上，当处理器遇到内存屏障指令时，它会确保在该指令之前的所有内存操作（读取和/或写入）都完成，而在该指令之后的所有内存操作都未开始。...这样，就可以保证在内存屏障之前的所有内存操作对于在内存屏障之后的所有内存操作都可见。 在Java语言中，volatile关键字就会在编译到机器指令（即汇编指令）的时候插入内存屏障。...内存屏障主要是用于 volatile 变量的读写操作，以及锁操作等特定情况。而且，读内存屏障和写内存屏障的作用和位置也应该根据具体的语义来设置。...它会确保在该屏障之前的所有内存写操作都被视为在屏障之后的内存读操作之前发生。

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    谢宝友：深入理解 Linux RCU 从硬件说起之内存屏障

    本文简介：本文从硬件的角度引申出内存屏障，这不是内存屏障的详尽手册，但是相关知识对于理解RCU有所帮助。...这不是一篇单独的文章，这是《谢宝友：深入理解Linux RCU》系列的第2篇，前序文章：《谢宝友：深入理解 Linux RCU 从硬件说起之内存屏障》 作者简介:谢宝友，在编程一线工作已经有20年时间...联系方式：mail:scxby@163.com 微信：linux-kernel 一、内存Cache还有哪些不足？ 上一篇文章我们谈到了内存Cache，并且描述了典型的Cache一致性协议MESI。...五、关于内存屏障进一步的思考 本文仅仅从硬件的角度，引申出内存屏障。其目的是为了后续文章中，更好的讲解RCU。因此，并不会对内存屏障进行深入的剖析。...4、内存屏障的传递性，这是Linux系统中比较微妙而难于理解的概念。 5、单核架构中的屏障，是为了解决什么问题？怎么使用？ 6、屏障在内核同步原语中的使用，满足了什么样的同步原语语义？

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    话说 内存屏障，有序性保证

    一、 如何保证不乱序，也就是保证有序性 1、 硬件内存屏障 注意：这是inter X86 1.1 sfence store fence 在sfence指令前面的写操作必须在sfence指令后边的写操作前完成...、JVM级别规范 注意：jvm这只是jvm的规范，具体实现要看虚拟机怎么实现 2.1 LoadLoad 屏障 保证读操作的顺序，LoadLoad前边的读操作必须在LoadLoad后边的读操作前完成...] 2.3 LoadStroe 屏障 对比LoadLoad 保证读操作和写操作有序 2.4 StoreLoad 屏障 对比 LoadLoad 保证写操作和读操作有序 [storeload.png] 3...[volatile.png] 前后加了屏障，保证了顺序性 volatile类型变量修改之后会立即写回内存 ，也就是从工作内存写回到主内存（JMM知识） [jmm.png] 3.3 操作系统硬件层面...描述一个一个对象的创建过程 对象在内存中的存储布局 对象头具体包含什么 对象是怎么定位的 对象怎么分配的 Object o = new Object() 在内存中占用了多少字节 关注公众号更多精彩：

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