c++ - 为什么 GCC 不使用 LOAD(无围栏)和 STORE+SFENCE 来实现顺序一致性？

Question

以下是在 x86/x86_64 中实现顺序一致性的四种方法:

1. LOAD(不带围栏)和 STORE+MFENCE
2. LOAD(无栅栏)和LOCK XCHG
3. MFENCE+LOAD 和 STORE(无栅栏)
4. LOCK XADD(0) 和 STORE(无栅栏)

正如这里所写:http://www.cl.cam.ac.uk/~pes20/cpp/cpp0xmappings.html

C/C++11 Operation x86 implementation

• Load Seq_Cst: MOV (from memory)
• Store Seq Cst: (LOCK) XCHG // alternative: MOV (into memory),MFENCE

注意:有一个 C/C++11 到 x86 的替代映射，而不是锁定(或隔离) Seq Cst 存储锁定/隔离 Seq Cst 负载:

• Load Seq_Cst: LOCK XADD(0) // alternative: MFENCE,MOV (from memory)
• Store Seq Cst: MOV (into memory)

GCC 4.8.2(x86_64 中的 GDB) 对 C++11-std::memory_order_seq_cst 使用 first(1) 方法, 即 LOAD(无栅栏) 和 STORE+MFENCE:

std::atomic<int> a;
int temp = 0;
a.store(temp, std::memory_order_seq_cst);
0x4613e8  <+0x0058>         mov    0x38(%rsp),%eax
0x4613ec  <+0x005c>         mov    %eax,0x20(%rsp)
0x4613f0  <+0x0060>         mfence

我们知道，MFENCE = LFENCE+SFENCE。然后这段代码我们可以改写成这样:LOAD(without fence) and STORE+LFENCE+SFENCE

问题:

1. 为什么我们这里不需要在 LOAD 之前使用 LFENCE，而需要在 STORE 之后使用 LFENCE(因为 LFENCE 只有在 LOAD 之前才有意义!)？
2. 为什么 GCC 不使用 std::memory_order_seq_cst 的方法:LOAD(无围栏)和 STORE+SFENCE？

Answer 1

x86 唯一的重新排序(对于正常的内存访问)是它可能会重新排序存储之后的加载。

SFENCE 保证围墙前的所有店铺在围墙后的所有店铺之前完成。 LFENCE 保证围栏之前的所有负载在围栏之后的所有负载之前完成。对于正常的内存访问，默认情况下已经提供了单个 SFENCE 或 LFENCE 操作的排序保证。基本上，LFENCE 和 SFENCE 本身只对 x86 较弱的内存访问模式有用。

无论是 LFENCE、SFENCE 还是 LFENCE + SFENCE 都不能防止加载后的存储被重新排序。 MFENCE 可以。

相关引用资料是 Intel x86 架构手册。