Memory Barrier：互斥与同步

在多线程或多进程程序中，内存访问顺序的不同可能会导致内存数据的不一致。

为了解决这些问题，我们需要使用一些同步和互斥的方法来保证内存数据的一致性。Memory Barrier提供了一种便捷、快速的方法来实现这种同步与互斥。

Memory Barrier是一种同步机制，它提供了三个基本功能：禁止内存重排序、禁止读写重排序、禁止缓存中数据的更新。

Memory Barrier的实现原理

内存重排序禁止

禁止内存重排序可以保证程序的执行顺序与任务的完成顺序一致。通过禁止内存重排序，Memory Barrier可以让CPU确保在某个任务完成之前，该任务所使用的数据已被加载到缓存中，并能够保留在高速缓存中。

读写重排序禁止

读写重排序禁止可以防止指令的读写操作被重排序，这意味着无论在多少个核中调用某个内存位置，该操作都必须按照在程序中声明的顺序执行。

禁止缓存中数据的更新

禁止缓存中数据的更新可以确保读写操作不被存储到缓存，这样其他核心可以使用更新后的值。这可以防止其他核心读取到过时数据的可能性。

Memory Barrier的使用

Memory Barrier的使用非常简单，只需要调用指定的函数即可。在Linux中，Memory Barrier由四个函数支持。

以下是Memory Barrier的四个基本函数：

1. mb()

mb()表示“内存屏障”。它指示CPU不应该将内存重排序或读写重排序，直到指示该操作时。

2. rmb()

rmb()表示“读屏障”。它有助于确保在读取某个内存位置之前，CPU已经读取了该位置之前的所有内容并将其存储在内存中。

3. wmb()

wmb()表示“写屏障”。它确保在写入某个内存位置后，CPU不会写入任何其他值。这可以防止其他核心读取到过时的值。

4. smp_mb()

smp_mb()是一种更强大的屏障。它确保在多核系统中，其他核心不会执行读写操作，直到smp_mb()指示结束。

结论

在任何多线程程序中，确保内存的同步是关键问题之一。通过使用Memory Barrier，可以提高程序的性能，并确保内存同步问题得到解决。Memory Barrier是一种高效的工具，可以帮助程序员避免内存同步的问题，使程序在各种平台上更可靠。