编译器的易失性和多次读取

Question

我正在阅读 kernel/timer.c 文件的一部分，并遇到了使用 READ_ONCE 的这一部分 以及一条注释，指出使用 READ_ONCE() 可以防止编译器进行多次读取。

/*
         * We need to use READ_ONCE() here, otherwise the compiler
         * might re-read @tf between the check for TIMER_MIGRATING
         * and spin_lock().
         */
        tf = READ_ONCE(timer->flags);

        if (!(tf & TIMER_MIGRATING)) {
            base = get_timer_base(tf);
            raw_spin_lock_irqsave(&base->lock, *flags);
            if (timer->flags == tf)
                return base;

然后我在 SO 上找到了这个问题： Can a compiler read twice from a global variable, instead of storing a local one?

这表明编译器确实会多次读取全局变量。 但是，在这种情况下，共享全局变量被分配给局部非易失性变量。 根据question: $tf 也不能省略。 因此，由于他们将易失性变量（标志）分配给非易失性变量（$tf），因此易失性的属性是否也转移到非易失性变量（$tf），因此也可以防止 $tf重读？

Answer 1

所以因为他们分配了一个 volatile 变量（标志）

flags 不是volatile。使用volatile 访问访问。请注意，“volatile”是不允许编译器优化的关键字——仅此而已。

到非易失性变量（$tf），是否也将易失性的属性转移到非易失性变量（$tf），这样$tf也可以防止重读？

不，tf 是一个普通变量，它可能被多次读取或写入。没有所谓的“转让财产”。

如果你会写：

   u32 tf;
   tf = timer->flags;
    if (!(tf & TIMER_MIGRATING)) {
        base = get_timer_base(tf);
        raw_spin_lock_irqsave(&base->lock, *flags);
        if (timer->flags == tf)
            return base;

那么变量tf可以优化出来，代码可以优化为：

    if (!(timer->flags & TIMER_MIGRATING)) {
        // another thread may asynchronously modify timer->flags here
        base = get_timer_base(timer->flags);
        raw_spin_lock_irqsave(&base->lock, *flags);
        // save here - we are in irqsave section
        if (timer->flags == timer->flags) // could be optimized further...
            return base;

因为timer->flags 上的操作 是通过volatile 限定句柄完成的，它无法优化，它必须准确地发生在你想要的地方- 在检查必须完成之前，只有一次，在其他任何事情和所有副作用（即其他易失性写入和读取）之前。

Answer 2

volatile 变量必须在使用时多次读取。非易失性变量不必（如果您启用优化）。

volatile int x;
int y;

int foo(void)
{
    return x + x + x;
}

int bar(void)
{
    return y + y + y;
}

foo:
        mov     eax, DWORD PTR x[rip]
        mov     ecx, DWORD PTR x[rip]
        mov     edx, DWORD PTR x[rip]
        add     eax, ecx
        add     eax, edx
        ret
bar:
        mov     eax, DWORD PTR y[rip]
        lea     eax, [rax+rax*2]
        ret

https://godbolt.org/z/P4aT47