単純な MOV 命令は、x86 アーキテクチャ上で取得-解放セマンティクスを実現できますか?

x86 アーキテクチャにおける取得-リリース セマンティクス: MOV がそれを達成する方法

マルチスレッド プログラミングの領域では、適切なデータの一貫性を確保することが重要です。取得-解放 (acq_rel) のようなメモリ順序付けメカニズムは、メモリ操作に順序付けの制約を強制する手段を提供します。よくある誤解は、x86 の acq_rel セマンティクスには LOCK、fences、または xchg などの複雑な命令が必要であるということです。ただし、特定の状況では MOV 命令だけで十分な場合があります。

Intel のドキュメントでは、x86 が単一コア内で順序付けの原則を強制することを示唆しています。より具体的には:

• 読み取りは他の読み取りと並べ替えられません。
• 書き込みは古い読み取りと並べ替えられません。
• メモリへの書き込みは他の書き込みと並べ替えられません(同じコア上の一部の例外を除きます)。

ただし、マルチコアではシステムを使用すると、画像がより複雑になります。順序付けの原則は依然として個々のプロセッサに適用されますが、異なるプロセッサからの書き込みは相互に並べ替えることができます。

x86 メモリ モデルを理解する

理解の鍵MOV だけで x86 上で acq_rel をどのように実現できるかは、基礎となるメモリ モデルにあります。コア内で並べ替えが行われる可能性があるにもかかわらず、モデルでは共有メモリへのアクセスがキャッシュ コヒーレントであると想定しています。これは、プロセッサが値を共有メモリに保存すると、最終的には他のすべてのプロセッサが更新された値を参照することになることを意味します。

この仮定では、次の現象が発生します。

• 一度ストアすると、は、すべてのコアにグローバルに表示されるようになり、瞬時かつ一貫して行われました。
• グローバルになる前に、他のコアはストアを監視できませんでした。

この動作は acq_rel セマンティクスを模倣しており、解放 (ストア) 操作では、後続の取得 (ロード) 操作の前に、変更されたデータが他のすべてのスレッドに表示されることが必要です。

MOV 命令と Acq_rel

MOV の場合、両方の命令を実行します。ロードおよびストア操作を 1 つの命令で実行します。ただし、前に概説したメモリ モデルにより、MOV のストア コンポーネントは解放操作として機能し、ロード コンポーネントは取得操作として機能します。

これは、スレッドが MOV を使用してメモリに値を書き込むときを意味します。 、他のスレッドによる後続のロード操作では、更新された値が確認されることが保証されます。さらに、解放スレッドによる MOV ロード操作の前に、他のスレッドからのロード操作を並べ替えることはできません。

マルチスレッド プログラミングへの影響

MOV が x86 上で acq_rel を実現する方法についてのこの理解は、マルチスレッド プログラミングに重要な意味を持ちます。開発者は MOV を使用してアトミック変数やその他の同期プリミティブを実装し、フェンスやロックなどの複雑な命令のオーバーヘッドなしで適切なデータの一貫性を確保できます。

ただし、MOV だけでは逐次一貫性を強制できないことに注意することが重要です。そのためには、プロセッサ コア間でのすべての並べ替えを防ぐために完全なメモリ バリアが必要です。

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