linux内存屏蔽技术

 

__asm__ __volatile__("": : :"memory");

内存屏障(memory barrier)
#define set_mb(var, value) do { var = value; mb(); } while (0)
#define mb() __asm__ __volatile__ ("" : : : "memory")

1）set_mb(),mb(),barrier()函数追踪到底，就是__asm__ __volatile__("":::"memory"),而这行代码就是内存屏障。
2）__asm__用于指示编译器在此插入汇编语句
3）__volatile__用于告诉编译器，严禁将此处的汇编语句与其它的语句重组合优化。即：原原本本按原来的样子处理这这里的汇编。
4） memory强制gcc编译器假设RAM所有内存单元均被汇编指令修改，这样cpu中的registers和cache中已缓存的内存单元中的数据将作 废。cpu将不得不在需要的时候重新读取内存中的数据。这就阻止了cpu又将registers，cache中的数据用于去优化指令，而避免去访问内存。
5）"":::表示这是个空指令。barrier()不用在此插入一条串行化汇编指令。在后文将讨论什么叫串行化指令。
6）__asm__,__volatile__,memory在前面已经解释

在linux/include/asm-i386/system.h定义：
#define mb() __asm__ __volatile__ ("lock; addl $0,0(%%esp)": : :"memory")
7）lock前缀表示将后面这句汇编语句："addl $0,0(%%esp)"作为cpu的一个内存屏障。
8）addl $0,0(%%esp)表示将数值0加到esp寄存器中，而该寄存器指向栈顶的内存单元。加上一个0，esp寄存器的数值依然不变。即这是一条无用的汇编 指令。在此利用这条无价值的汇编指令来配合lock指令，在__asm__,__volatile__,memory的作用下，用作cpu的内存屏障。
9）set_task_state()带有一个memory barrier，set_task_state()肯定是安全的，但 __set_task_state()可能会快些。
关于barrier()宏实际上也是优化屏障：
#define barrier() __asm__ __volatile__("": : :"memory")
CPU越过内存屏障后，将刷新自己对存储器的缓冲状态。这条语句实际上不生成任何代码，但可使gcc在barrier()之后刷新寄存器对变量的分配。    
             例1：
                1        int a = 5, b = 6;
                2        barrier();
                3        a = b;
     
            在line 3，GCC不会用存放b的寄存器给a赋值，而是重新读内存中的b值，赋值给a。
          
          
例2：
它在进程上下文中将一个元素插入一个单向链表：
new->next=i->next;
wmb();
i->next=new;
同时，如果不加锁地遍历这个单向链表。或者在遍历链表时已经可以看到new，或者new还不在该链表中。两个内存写
事件的顺序必须按照程序顺序进行。否则可能new的next指针将指向一个无效地址，就很可能出现 OOPS!

不论是gcc编译器的优化还是处理器本身采用的大量优化，如Write buffer, Lock-up free, Non- blocking reading, Register allocation, Dynamic scheduling, Multiple issues 等，都可能使得实际执行可能违反程序顺序，因此，引入内存屏障来保证事件的执行次序严格按程序顺序来执行。

使用内存屏障强加的严格的CPU内存事件次序，保证程序的执行看上去象是遵循顺序一致性模型。在当前的实现 中，wmb() 实际上是一个空操作，这是因为目前Intel的CPU系列都遵循“处理机一致性”，所有的写操作是遵循程序顺序的，不会越过前面的读写操作。但是，由于 Intel CPU系列可能会在将来采用更弱的内存一致性模型并且其他体系结构可能采用其他放松的一致性模型，仍然在内核里必须适当地插入wmb()保证内存事件的正 确次序。

内存屏障出现因为编译器或现在的处理器常会自作聪明地对指令序列进行一些处理，比如数据缓存，读写指令乱序执 行等等。如果优化对象是普通内存，那么一般会提升性能而且不会产生逻辑错误。但如果对 I/O操作进行类似优化很可能造成致命错误。所以要使用内存屏障，以强制该语句前后的指令以正确的次序完成。其实在指令序列中放一个wmb的效果是使得指 令执行到该处时，把所有缓存的数据写到该写的地方，同时使得wmb前面的写指令一定会在wmb的写指令之前执行。