AArch64 程序集中的原子鏈表 LIFO，在 ldxr / stxr 之間使用加載或存儲

Question

我使用 ARMv8 64 位的程序集為共享的 memory 上下文實現了 LIFO。

LIFO 在開頭插入一個節點，每個節點結構的第一個屬性必須是下一個指針。

這是為 LIFO 實現原子插入和刪除的正確程序集嗎？

它使用LL/SC在 LDXR 和 STXR 之間進行額外的加載或存儲來讀取 head->next 或將指針存儲到新節點中。

typedef union {
   void * head[1];
}lifo;
int atomic_lifo_init(lifo * h) {
if (h) {
   h->head[0]=NULL;
  }
}
inline void *
 atomic_lifo_delete (lifo *h)
 {
         void    *ret = NULL;
         /*sa_ignore UNUSED_VAR*/
         void *  tmp = NULL;
 
         asm volatile ("\n"
                 "2:  ldxr      %0,[%2] \n" //load the head from h, which points the 1st node of list to local ret pointer.
                 "    cbz     %0, 3f \n" //check if the lifo is empty.
                 "    ldr      %1,[%0] \n" //store in tmp the 2nd node by derefencing the ret (h->head points 1st node. value of each node is next node as 1st attribute of node structure is pointing next.)
                 "    stxr     %w1, %1,[%2] \n" //update h->head with tmp.
                 "    cbnz     %w1, 2b \n" //continue if failed
                 "3:              \n"
                 : "=&r" (ret), "=&r" (tmp)
                 : "r" (h)
                 : "memory"
                 );
         return(ret);
 }
 
 /*
  * atomic_lifo_insert()
  *      Put an element on a list, protected against SMP
  */
 void
 atomic_lifo_insert (lifo *h, void *__new)
 {
         /*sa_ignore UNUSED_VAR*/
         void * next = NULL;
         void * flag = NULL;
         asm volatile (" \n"
                 "1: ldxr      %1,[%2] \n" //load head[0] from h,which points 1st node to local next pointer
                 "   str      %1,[%3] \n" //store the local next pointer to value of __new, as 1st attribute of the any node is next (convention used here). so __new's next is pointing current 1st node.
                 "   stxr    %w0, %3,[%2] \n" //update the h->head with 
   __next.
                 "   cbnz    %w0, 1b \n" //if stxr is failure try again.
                 : "=&r" (flag), "=&r" (next)
                 : "r" (h), "r" (__new)
                 : "memory"
                 );
 }

我對 ARM 組件真的很陌生，所以非常感謝任何幫助。

Answer 1

您的內聯 asm 約束看起來正確，這應該按照您的預期方式編譯。 您可能可以使用"+m" (*h)讓編譯器選擇尋址模式，而不是使用"r"(h)和[%2]對其進行硬編碼。

就排序而言， ldr在 ldxr 之后是依賴排序的（如 C11 memory_order_consume ），因此有效。

但是在stxr將地址發布到其他線程之后， insert中的 LL/SC 之間的str可能不會變得可見。 所以我認為你需要stlxr （一個發布商店）在insert 。

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在 LDXR/STXR 之間進行額外的加載或存儲是不安全的。 Wikipedia 的LL/SC 文章提到，如果您在 LL 和 SC 之間進行任何加載或存儲，某些實現可能會虛假失敗。 Wiki 說 PowerPC 確實允許這樣做。 但 AArch64 通常明確不：根據 ARM 參考手冊（ 請參閱@James Greenhalgh 的評論）：

只有在 [...] Load-Exclusive 和 Store-Exclusive 之間沒有明確的 memory 訪問時，LoadExcl/StoreExcl 循環才能保證向前推進。

可能有一些 AArch64 CPU 會在其中創建stxr故障的無限循環，但可能還有其他 CPU 可以正常工作。 如果它在您測試的 CPU 上實際工作，那么查看是否有任何文檔支持它可能是個好主意。

如果new_節點恰好與頭節點位於同一高速緩存行（或 LL/SC 獨占塊）中，則這很可能是一個問題。 如果這在您關心的微架構上完全有效，請確保您測試該案例，或者以某種方式使其成為不可能。

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除此之外，我認為您的整體算法看起來是正確的，所以如果您已經對其進行了測試並發現它有效，那么這可能很好。

但是，我並沒有真正仔細考慮過您的算法。 我也沒有任何設計或使用原始 LL/SC 的經驗。 我原則上知道它們是如何工作的，但我不准備說這絕對是正確的。 從我所做的一點點思考來看，我沒有看到任何問題，但這並不意味着沒有任何問題。