Une simple instruction MOV peut-elle atteindre une sémantique d'acquisition-libération sur l'architecture x86 ?

Sémantique d'acquisition-libération dans l'architecture x86 : comment MOV peut y parvenir

Dans le domaine de la programmation multithread, garantir une bonne cohérence des données est crucial . Les mécanismes de classement de la mémoire tels que acquire-release (acq_rel) fournissent un moyen d'appliquer des contraintes de classement sur les opérations de mémoire. Une idée fausse courante est que la sémantique acq_rel sur x86 nécessite des instructions complexes telles que LOCK, fences ou xchg. Cependant, l'instruction MOV seule peut suffire dans certaines circonstances.

La documentation d'Intel suggère que x86 applique les principes d'ordre au sein d'un seul cœur. Plus précisément :

• Les lectures ne sont pas réorganisées avec d'autres lectures.
• Les écritures ne sont pas réorganisées avec des lectures plus anciennes.
• Les écritures en mémoire ne sont pas réorganisées avec d'autres écritures ( avec quelques exceptions sur le même cœur).

Cependant, dans un système multicœur, l'image devient plus complexe. Les principes de classement s'appliquent toujours aux processeurs individuels, mais les écritures de différents processeurs peuvent être réorganisées les unes par rapport aux autres.

Comprendre le modèle de mémoire x86

La clé pour comprendre La façon dont MOV seul peut atteindre acq_rel sur x86 réside dans le modèle de mémoire sous-jacent. Malgré le potentiel de réorganisation au sein d'un cœur, le modèle suppose que l'accès à la mémoire partagée est cohérent avec le cache. Cela signifie que lorsqu'un processeur stocke une valeur dans la mémoire partagée, tous les autres processeurs finiront par voir la valeur mise à jour.

Avec cette hypothèse, le phénomène suivant se produit :

• Une fois qu'un magasin a devient globalement visible par tous les noyaux, il l'a fait instantanément et de manière cohérente.
• Aucun autre noyau n'aurait pu observer le magasin avant qu'il ne devienne globalement visible par tous les noyaux. visible.

Ce comportement imite la sémantique acq_rel, qui nécessite qu'une opération de publication (stockage) rende les données modifiées visibles à tous les autres threads avant toute opération d'acquisition (chargement) ultérieure.

Instruction MOV et Acq_rel

Dans le cas de MOV, il effectue à la fois une opération de chargement et de stockage dans une instruction. Cependant, en raison du modèle de mémoire décrit précédemment, le composant store de MOV agit comme une opération de libération, tandis que le composant de chargement agit comme une opération d'acquisition.

Cela signifie que lorsqu'un thread écrit une valeur en mémoire à l'aide de MOV , toutes les opérations de chargement ultérieures effectuées par d'autres threads seront garanties de voir la valeur mise à jour. De plus, aucune autre opération de chargement à partir d'autres threads ne peut être réorganisée avant l'opération de chargement MOV par le thread de publication.

Implications pour la programmation multithread

Cette compréhension de la façon dont MOV obtient acq_rel sur x86 a des implications significatives pour la programmation multithread. Les développeurs peuvent utiliser MOV pour implémenter des variables atomiques et d'autres primitives de synchronisation, garantissant ainsi une bonne cohérence des données sans la surcharge d'instructions complexes telles que des clôtures ou des verrous.

Cependant, il est important de noter que MOV à lui seul ne peut pas assurer la cohérence séquentielle. Pour cela, une barrière de mémoire complète est nécessaire pour empêcher toute réorganisation sur les cœurs du processeur.

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