明天就要transfor去做檢索引擎了，今天閑下來了，更新一下博客哈。之前 @高V 同學對本人之前《代碼技巧及優化(c/c++)》的文章第六條，有關cache命中和cpu流水優化比較感興趣，也提出了一些他的看法，今天，我就細化的說一下某些編程的點 -- 內存屏障，以及內存屏障對代碼的影響。

OK，首先來說一下什么是"內存屏障"，可以先看一下官方式的說法http://www.kernel.org/doc/Documentation/memory-barriers.txt，內存屏障其實就是因為編譯器優化和CPU對寄存器和cache的使用，導致對內存的操作不能夠及時的反映出來，比如cpu寫入后，讀出來的值可能是舊的內容。舉個例子，對一個變量賦值然后讀出它的值這一看似“原子”的操作，因為內存是沒有ALU計算單元的，所以內存沒有計算的能力。而CPU一般情況下是不直接讀寫內存的(emmintrin.h應用例外)，所以這一個過程可以看作(編譯器優化后)：

讀取內存數據到cache --> CPU讀取cache/寄存器 --> CPU的計算 --> 將結果寫入cache/寄存器 --> 寫回數據到內存

有人可能會問，為什么要這么麻煩，因為是編譯器優化和CPU優化的結果，內存的時延比CPU高的多，是10ns級別，所以會通過讀寫寄存器或拆cache優化。這有可能導致一個問題，cache中的數據和內存實際的數據不一致，當多線程情況下，有可能會讀"臟數據"，或者帶來線程執行結果不一致。這就是所謂的“內存屏障”(但不僅限于此case)。

網上有幾篇文章提到的《獨辟蹊徑品內核》中的代碼，本人寫了一個近似版本如下：

[cpp]
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include<stdlib.h>#include<stdio.h> #include<pthread.h>
#include<unistd.h> //globalvariable intflag=1;void*wait(void*context){while(flag){printf("continue\n");sleep(1);}}voidwakeup(){flag=0;}intmain(intargc,char*argv[]){pthread_tpid=0;pthread_create(&pid,NULL,wait,NULL);sleep(3);wakeup();printf("Done\n");getchar();}

按照書中的說法，flag是被其他線程意外修改的話。while循環會被編譯器優化，編譯器在發現wait函數里并沒有修改flag，所以就會對flag進行cache，放在eax寄存器中，內存中的flag實體如果被修改，eax寄存器不會感知。自己試了一下，在沒有優化和Gcc O2的情況下程序正常跳出了循環，可能是因為cpu或者linux新版內核或者gcc的新編譯特性所致(如果哪位同學了解，可以留言哈)。之后會跟進這個問題，如果有發現，我會貼出來哈。

其實，通過gcc -S看到匯編過程的中間匯編代碼也可以看出寫東西：

[cpp]
view plaincopyprint?

wait:.LFB46:.cfi_startprocsubq$8,%rsp.cfi_def_cfa_offset16movlflag(%rip),%edxtestl%edx,%edxje.L4.p2align4,,10.p2align3.L5:movl$.LC0,%edicallputsmovl$1,%edicallsleep<SPANstyle="COLOR:#ff6600">movlflag(%rip),%eaxtestl%eax,%eaxjne.L5</SPAN>.L4:addq$8,%rsp.cfi_def_cfa_offset8ret.cfi_endproc.LFE46:.sizewait,.-wait.p2align4,,15.globlwakeup.typewakeup,@function

(我不是匯編大牛，錯了別炮轟哈)，其中標紅的語句16~18行可以看出，循環只是檢測eax寄存器是不是0(不太熟悉匯編的朋友可能會為什么test %eax,%eax，這只是一個優化因為與操作比cmp要快)，可以看出，確實是在不斷的讀寄存器而不是內存。

到此，大家對“內存屏障”估計也有了一個初步的認識，內存屏障主要分三類：編譯器優化(如上case) / 緩存優化 / CPU亂序執行(后面文章會提到)

大家可能會問，那豈不這樣會造成很多問題。其實不一定，據本人的知識范圍，大部分內存屏障導致的問題都出現在內核態，用戶態需要注意的方面不多。而且用戶也有相應的解決方案，最簡單的就是鎖機制，還有volatile關鍵字，可以把可能出現的cache讀臟的數據volatile int tmp = 0;這樣每次操作都會從內存獲取。

之后的文章會深入一下“內存屏障”和CPU亂序的問題。緩存優化導致的內存屏障，基本在新的硬件上得到了比較好的解決，而且在用戶態下基本感知不到。只要大家合適的用好多線程的鎖機制和volatile的正確運用即可。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的C/C++ 编程中的内存屏障(Memory Barriers) (1)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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