StoreBuffer对程序的影响

store buffer对程序的影响 #

当存在store buffer的情况下。针对写操作，CPU直接把数据扔给store buffer。后续store buffer负责以FIFO次序写回L1 Cache。这会对我们的程序产生什么影响呢？我们来看个例子。

static int x = 0, y = 0;
static int r1, r2;
static void int thread_cpu0(void)
{
        x = 1;    /* 1) */
        r1 = y;   /* 2) */
}
static void int thread_cpu1(void)
{
        y = 1;    /* 3) */
        r2 = x;   /* 4) */
}
static void check_after_assign(void)
{
        printk("r1 = %d, r2 = %d\n", r1, r2);
}

假设thread_cpu0在CPU0上执行，thread_cpu1在CPU1上执行。在多核系统上，我们知道两个函数4条操作执行可以互相交错。理论上来我们有以下6种排列组合。

当我们确保thread_cpu0和thread_cpu1执行完成后，调用check_after_assign() 会打印什么提示信息呢？根据以上6种组合，我们可能会得到如下3种结果。 r1 = 1, r2 = 1 r1 = 0, r2 = 1 r1 = 1, r2 = 0 这个结果是符合我们的认知的。不过，当考虑store buffer时，有可能会出现如下结果： r1 = 0, r2 = 0

我们就以1) 3) 2) 4)的执行次序说明问题。

1. 当CPU0执行x = 1时，x的值会被写入CPU0的store buffer。
2. CPU1指令y = 1操作，同样y的值会被写入CPU1的store buffer。
3. r1 = y执行时，CPU0读取y的值，由于y的新值依然在CPU1的store buffer里面，所以CPU0看到y的值依然是0。所以r1的值是0。
4. 同样的道理，r2的值也会是0。

为什么CPU0看到r1的值是0呢？因为硬件MESI协议只会保证Cache一致性，只要值没有被写入Cache(依然躺在 store buffer里面)，MESI就管不着。由于store buffer的存在，CPU0对一个地址数据的操作，其他CPU并不能及时看见。

这里有个注意点，虽然store buffer主要是用来缓存CPU的写操作，但是CPU读取数据时也会检查私有store buffer是否命中，如果没有命中才会查找L1 Cache。这主要是为了CPU自己看到自己写进store buffer的值。所以CPU0是可以看到x值更新，但是CPU1不能及时看到x。同样，CPU1可以看到y值更新，但是CPU0不能及时看到y。

单核乱序对程序员是透明的，只有其他核才会受到乱序影响。

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https://zhuanlan.zhihu.com/p/141655129

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