multithreading - ARM STLR 内存排序语义

Question

我正在为 ARM STLR 的确切语义而苦苦挣扎。
根据文档，它具有发布语义。所以如果你有 STLR 商店，你会得到:

[StoreStore][LoadStore]
X=r1

兹 X是内存和 r1是一些寄存器。
问题是发布存储和获取加载，无法提供顺序一致性:

[StoreStore][LoadStore]
X=r1
r2=Y
[LoadLoad][LoadStore]

在上述情况下，允许重新排序 X=r1 和 r2=Y。为了使这个顺序一致，需要添加一个 [StoreLoad]:

[StoreStore][LoadStore]
X=r1
[StoreLoad]
r2=Y
[LoadLoad][LoadStore]

你通常在商店里这样做，因为加载更频繁。
在 X86 上，普通存储是发布存储，普通负载是获取负载。 [StoreLoad] 可以通过 MFENCE 或使用 LOCK ADDL %(RSP),0 来实现。就像在 Hotspot JVM 中所做的那样。
查看 ARM 文档时，似乎 LDAR 已获得语义；所以这将是 [LoadLoad][LoadStore]。
但是 STLR 的语义是模糊的。当我使用 memory_order_seq_cst 编译 C++ atomic 时，只有一个 STLR；没有 DMB。因此，STLR 似乎比发布存储具有更强的内存排序保证。在我看来，在栅栏级别上，STLR 等效于:

 [StoreStore][LoadStore]
 X=r1
 [StoreLoad]

有人可以对此有所了解吗？

Answer 1

我只是在学习这些东西，所以请谨慎对待。但我的理解是，在 ARMv8/AArch64 中，STLR/LDAR确实提供超出通常的发布/获取定义的额外语义，但不如您的建议那么强。即，一个发布商店STLR确实与获取负载具有顺序一致性 LDAR按程序顺序跟随它，但不是普通的 LDR负载。
来自 ARMv8 Architecture Reference Manual, B2.3.7, "Load-Acquire, Load-AcquirePC, and Store-Release":

Where a Load-Acquire appears in program order after a Store-Release, the memory access generated by theStore-Release instruction is Observed-by each PE to the extent that PE is required to observe the access coherently,before the memory access generated by the Load-Acquire instruction is Observed-by that PE, to the extent that thePE is required to observe the access coherently.

从 B2.3.2，“订购关系”:

A read or a write RW1 is Barrier-ordered-before a read or a write RW2 from thesame Observer if and only if RW1 appears in program order before RW2 and any of the followingcases apply: [...] RW1 is a write W1 generated by an instruction with Release semantics and RW2 is a read R2generated by an instruction with Acquire semantics.

作为测试，我借了 a C++ implementation of Peterson's locking algorithm by LWimsey .与 clang 11.0 on godbolt ，可以看到即使请求顺序一致性，编译器还是会生成 STLR, LDAR拿锁(程序集的第 18-19 行)，没有 DMB .我运行了一段时间(Raspberry Pi 4B、Cortex A72、4 核)并且没有违规。
然而，与你的想法相反， STLR仍然可以相对于它后面的普通(非获取)加载重新排序，因此它没有隐式地具有完整的 StoreLoad 栅栏。我修改了 LWimsey 的程序以使用 STLR, LDR相反，在添加了一些额外的垃圾来引发竞争之后，我能够看到锁违规。
同样， LDAR可以相对于它之前的普通(非发布)商店重新排序。我同样能够通过 STR, LDAR 获得锁违规。在测试程序中。