编译器内存屏障和互斥锁

Question

posix标准说像mutex这样的东西会强制执行内存同步。 但是，编译器可能会重新排序内存访问。 说我们有

lock(mutex);
setdata(0);
ready = 1;
unlock(mutex);

可能会通过编译器重新排序将其更改为下面的代码，对吗？

ready = 1;
lock(mutex);
setdata(0);
unlock(mutex);

那么互斥量如何同步内存访问？ 更确切地说，编译器如何知道重锁不应该在锁定/解锁时发生？

实际上这里对于单线程方面，就绪分配重新排序是完全安全的，因为就绪不用于函数调用锁（mutex）。

编辑：因此，如果函数调用是编译器无法解决的问题，我们可以将其视为编译器内存屏障

asm volatile("" ::: "memory")

Answer 1

一般的答案是，如果你想将它用于POSIX目标，你的编译器应该支持POSIX，而这种支持意味着它应该知道避免重新排序锁定和解锁。

也就是说，这种知识通常是以一种微不足道的方式实现的：编译器不会通过调用可能使用或修改它们的外部函数来重新排序对（不可证实 - 本地）数据的访问。 应该知道关于lock和unlock一些特殊内容，以便能够重新排序。

不，它并不是那么简单，因为“对全局函数的调用总是一个编译器障碍” - 我们应该添加“除非编译器知道关于该函数的具体内容”。 确实发生了这种情况：例如Linux上的pthread_self （NPTL）声明为__const__属性，允许gcc在pthread_self()调用中重新排序，甚至完全消除不必要的调用。

我们可以很容易地想象一个编译器支持获取/释放语义的函数属性，使得lock和unlock不是一个完整的编译器障碍。

Answer 2

编译器不会在不清楚它是否安全的情况下重新排序。 在你的“假设”示例中，你没有提出重新排序的内存访问，你问的是编译器是否完全改变了代码排序 - 而且它不会。 编译器可能做的事情是改变实际内存读/写的顺序，但不改变函数调用（有或没有那些内存访问）。

编译器可能重新排序内存访问的示例...假设您有以下代码：

a = *pAddressA;
b = *pAddressB;

并且考虑pAddressB的值在寄存器中而pAddressA不在的情况。 编译器首先读取地址B，然后将pAddressA的值移动到同一个寄存器中以便可以接收新位置，这是公平的游戏。 如果在这些访问之间碰巧发生了函数调用，则编译器无法执行此操作。