指令和屏障：在x86上，'lwsync'与PowerPC上的哪个指令等效？

Question

我的代码如下所示。我发现了读和写的rmb和wmb，但没有找到通用的方法。lwsync在PowerPC上可用，但在x86上有什么替代品呢？提前感谢。

#define barrier() __asm__ volatile ("lwsync")
...
    lock()
    if(!pInst);
    {
        T* temp=new T;
        barrier();
        pInst=temp;
    }
    unlock();

- schemacs

Answer 1

rmb()和wmb()是Linux内核函数。还有mb()。

我记得x86指令是lfence、sfence和mfence。

- tc.

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rmb()和wmb()是汇编代码中的宏而不是函数。我只想看看如果没有设置屏障，gcc会如何进行优化。 - schemacs

如果你想特别谨慎，可以使用 asm volatile ("whatever":::memory); 告诉 GCC 任意内存地址可能已被破坏。我认为仅仅发出指令并不足够，如果 GCC 将加载缓存在寄存器中。 - tc.

这个答案似乎是错误的；至少对于直接的问题而言是如此。在x86上，lwsync是一个无操作指令，因为它没有像ARM、PPC和Alpha那样弱的内存模型。请参见Herding cats..第4.6节。对于IBM文档中的lwsync，确保在执行函数的处理器上执行任何后续存储指令之前，调用__lwsync之前的所有指令都已经完成。 它只针对单个核心，而不是整个SMP系统。所以，它实际上是为了使流水线与O-O执行同步。 - artless noise

但我不明白这在OP的例子中有什么作用。它通常需要与多个内存元素一起使用。我猜它可能确保在赋值之前执行了任何“new”记账，但据我所知，其他核心可能看不到它。 - artless noise

Answer 2

在 Cilk 运行时中，有一个特定的文件可能会引起您的兴趣，即 cilk-sysdep.h，其中包含与内存屏障相关的系统特定映射。我提取了一个关于 x86 的小节，与您的问题相关，即 i386。

文件：-- cilk-sysdep.h（左侧的数字实际上是行号）
*我们使用xchg指令序列化内存访问，可以根据英特尔架构软件开发人员手册第3卷：系统编程指南进行操作
*(http://www.intel.com/design/pro/manuals/243192.htm)，第7-6页，
*“对于P6系列处理器，锁定操作会序列化所有未完成的加载和存储操作(即等待它们完成)。”
*xchg指令默认是一个锁定操作。
*请注意，推荐的内存屏障是cpuid指令，这个指令非常慢(~70个周期)。相比之下，
*xchg只需要大约23个周期（加上每个写缓冲区的几个？）仍然很慢，但这是我能找到的最好的方法。 -KHR 
*
*Bradley还计时了“mfence”，在Pentium IV xchgl上速度要快得多
*mfence似乎需要在2.5GHZ P4上花费约125纳秒
*xchgl 似乎需要在2.5GHZ P4上花费约90纳秒
*但是在opteron上，mfence和xchgl的性能都很好。
*mfence在1.5GHZ AMD64上只需要8ns（也许这是801）
*sfence需要5ns
*lfence需要3ns
*xchgl需要14ns
*查看mfence-benchmark.c
*/
int x = 0，y;
__asm__ volatile ("xchgl %0,%1" :"=r"(x) :"m"(y),"0"(x) :"memory");
}

我喜欢的是xchgl似乎更快 :) 不过你应该真正实现它们并检查一下。

- Raymond Tay

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在P6上更快？在AMD64上，mfence比xchg更快。 - doug65536

Answer 3

在这段代码中，您没有明确说明锁定和解锁是什么。我假设它们是互斥操作。在PowerPC上，互斥获取函数将使用isync（如果没有该硬件，则可能在lock（）之前评估if（！pInst）），并且在unlock（）中将具有lwsync（或sync，如果您的互斥实现过时）。

因此，假设您对pInst的所有访问（读取和写入）都受到锁定和解锁方法的保护，则您的屏障使用是多余的。解锁将具有足够的屏障，以确保在解锁操作完成之前pInst存储可见（因此，在使用相同的锁定的情况下，它将在任何后续锁定获取之后可见）。

在x86和x64上，您的lock（）将使用某种形式的LOCK前缀指令，该指令自动具有双向栅栏行为。

在x86和x64上，您的解锁只需要是一个存储指令（除非您在CS中使用一些特殊的字符串指令，在这种情况下，您将需要一个SFENCE）。

手册：

http://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/manuals/64-ia-32-architectures-software-developer-manual-325462.pdf

这个内容包含有关所有障碍以及LOCK前缀的影响的良好信息（以及何时暗示使用该前缀）。

附注：在解锁代码中，您还必须有一些强制编译器排序的东西（因此，如果只是存储零，则还需要类似于GCC样式的asm _volatile_（"" ::: "memory"））。

- Peeter Joot