Что такое забор памяти?

Question

Что подразумевается под использованием явного ограничения памяти?

Answer 1

Для повышения производительности современные процессоры часто выполняют инструкции не по порядку, чтобы максимально использовать доступный кремний (включая чтение / запись памяти). Поскольку аппаратное обеспечение обеспечивает целостность инструкций, вы никогда не заметите это в одном потоке выполнения. Тем не менее, для нескольких потоков или сред с энергозависимой памятью (например, отображение ввода-вывода в памяти) это может привести к непредсказуемому поведению.

Ограничение / барьер памяти - это класс инструкций, которые означают, что чтение / запись памяти происходит в том порядке, в котором вы ожидаете. Например, «полный забор» означает, что все операции чтения / записи перед забором выполняются перед тем, что за забором.

Обратите внимание, что заборы памяти представляют собой аппаратную концепцию. В языках более высокого уровня мы привыкли иметь дело с мьютексами и семафорами - они вполне могут быть реализованы с использованием ограждений памяти на низком уровне, и явное использование барьеров памяти не требуется. Использование барьеров памяти требует тщательного изучения архитектуры оборудования и чаще встречается в драйверах устройств, чем в коде приложения.

Переупорядочение ЦП отличается от оптимизации компилятора - хотя артефакты могут быть похожими. Вам нужно принять отдельные меры, чтобы остановить переупорядочивание ваших инструкций компилятором, если это может вызвать нежелательное поведение (например, использование ключевого слова volatile в C).

Answer 2

Копирование моего ответа на другой вопрос, Какие уловки что процессор делает для оптимизации кода? :

  

Наиболее важным из них будет изменение порядка доступа к памяти.

     

При отсутствии ограждений памяти или инструкций сериализации процессор может свободно изменять порядок доступа к памяти. Некоторые архитектуры процессоров имеют ограничения на то, сколько они могут переупорядочить; Альфа известна тем, что она самая слабая (то есть та, которая может переупорядочить больше всего).

     

Очень хорошее описание этой темы можно найти в исходной документации ядра Linux по адресу Documentation / memory-barriers.txt .

     

В большинстве случаев лучше использовать блокирующие примитивы из вашего компилятора или стандартной библиотеки; они хорошо протестированы, должны иметь все необходимые барьеры памяти и, вероятно, довольно оптимизированы (оптимизация блокирующих примитивов довольно сложна; даже эксперты иногда могут ошибиться).

Answer 3

По моему опыту, это относится к барьеру памяти , который является инструкцией (явной или неявно) для синхронизации доступа к памяти между несколькими потоками.

Проблема возникает в сочетании современных агрессивных компиляторов (они обладают удивительной свободой переупорядочивать инструкции, но обычно ничего не знают о ваших потоках) и современных многоядерных процессоров.

Хорошим введением в проблему является Двойная проверка блокировки - сломанная декларация " ;. Для многих это был тревожный звонок, что есть драконы.

Неявные барьеры полной памяти обычно включаются в подпрограммы синхронизации потоков платформы, которые охватывают ее суть. Однако для программирования без блокировок и реализации пользовательских, облегченных шаблонов синхронизации часто требуется только барьер или даже только односторонний барьер.

Answer 4

Википедия знает все ...

  

Барьер памяти, также известный как мембрана   или забор памяти, это класс   инструкции, которые вызывают центральное   процессор (CPU) для обеспечения выполнения   ограничение порядка в памяти   операции, выпущенные до и после   инструкция барьера.

     

Процессоры используют оптимизацию производительности   это может привести к выходу из строя   выполнение, включая загрузку памяти и   магазинные операции. Операция с памятью   изменение порядка обычно проходит незамеченным   в пределах одного потока исполнения,   но вызывает непредсказуемое поведение в   параллельные программы и драйверы устройств   если тщательно не контролируется. Точный   природа ограничения порядка   зависит от аппаратного обеспечения и определяется   модель памяти архитектуры. Немного   архитектуры обеспечивают несколько   барьеры для соблюдения различных   ограничения порядка.

     

Память барьеры обычно используются   при реализации низкоуровневой машины   код, который работает с памятью, разделяемой   несколько устройств. Такой код включает в себя   примитивы синхронизации и   структуры данных без блокировки на   многопроцессорные системы и устройства   драйверы, которые общаются с компьютером   аппаратное обеспечение.