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 I/O 写屏障 )

Posted 2022-04-09 韩曙亮

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

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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 , 编译器会在 不影响 程序逻辑的前提下 , 对程序指令进行优化 , 主要操作是 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

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" 编译器屏障 “ 针对 ” 编译器优化 " ;

编译器优化 是 为了 提高程序执行性能 ,

编译器会在编译代码时 ,

在 不影响 程序逻辑的前提下 , 对程序指令进行重排 , 主要操作是 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

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" 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 提高 " 流水线 " 性能 , 新式处理器可以采用 " 超标量 体系结构 “ 和 ” 乱序执行 " 技术 , 可以在 一个时钟周期 中 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 ;