TSO Memory Model

Posted 2020-12-18 chenzhongjie

TSO Memory Model

TSO Total Store Order。

TSO 就是在SC的基础上放松write-to-read的条件，即允许先写后读的重排序，将写操作延迟，让之后的读操作先执行（当然目前的讨论都是基于不同地址的，相同地址存在数据依赖性一般不允许重排序，但也有允许的模型）。除此之外，TSO的其他条件与SC完全相同，因此是一个非常严格的内存模型。

形式定义（与SC模型的形式定义对比着看）：

（1）

（2）

x86使用的内存模型几乎与TSO模型完全一样（由于x86的硬件设计者并没有给出官方的准确的定义，但相当多的证据表明二者的行为完全一致）。

理论上，该重排序的行为其实就是硬件上采用了store buffer。

特点：

• 写入必须等待缓存行的所有权。
• 读取可以绕过写入缓冲区中的写入。
• 隐蔽了写延迟。

TSO会让某个处理器立即可见它自己buffer中的写值，即使它还未对其他所有处理器可见。

例：如下图所示中的S1和L1，因为重排序，S1被写入write buffer，在很后面才被所有处理器可见，但是由于TSO的设计，和S1同处理器的L1可以读取x的值，S2和L3类似。

TSO中并不常使用FENCE(或者说内存屏障)，因为对于大多数程序来说TSO都能保证正确执行。

以下是FENCE的形式定义：

总结

TSO模型是在SC模型上放宽了write-read的重排序限制，并且其机制等价于采用了一个stroe buffer。TSO允许某个处理器立即可见他自己的写值，即使它还在buffer中，未对其他所有处理器可见。