英特尔上的指令重新排序

Question

我试图通过以下简单示例来理解指令重新排序：

int a;
int b;

void foo(){
   a = 1;
   b = 1;
}

void bar(){
   while(b == 0) continue;
   assert(a == 1);
}

众所周知，在这个例子中，如果一个线程执行foo，而另一个线程执行bar，则断言可能会失败。但我不明白为什么。我咨询了Intel manual Vol. 3A, 8.2.2，发现如下：

对内存的写入不会与其他写入重新排序，与 以下例外：

— 使用 非临时移动指令（MOVNTI、MOVNTQ、MOVNTDQ、MOVNTPS 和 MOVNTPD);和

——字符串操作（参见第 8.2.4.1 节）。

这里没有字符串操作，我也没有注意到NT 移动指令。那么...为什么可以对写入进行重新排序？

或者说记忆在中重要吗

写入内存不会重新排序

？因此，当我们缓存了 a 和 b 并且写入不会发生在主内存中，而是发生在缓存中时。

Answer 1

如果一个线程正在运行 foo 而另一个正在运行 bar，那么您的程序的行为将是未定义。

你不能同时读写一个非原子变量，例如int。

所以在这种情况下指令重新排序是允许的。

Answer 2

你的前提是错误的。只有编译时重新排序才能在 x86¹ 上破坏此示例。

x86 asm 存储是发布存储。它们只能按程序顺序从存储缓冲区提交到 L1d 缓存。

a 不能在b=1 可见后仍然处于共享状态；这意味着运行foo 的线程会让它的存储乱序提交。这就是写入内存不会与其他写入重新排序的意思，用于存储到可缓存的内存。

如果它在被运行foo 的线程中的RFO 无效后再次处于共享状态，那么它将具有a 的更新值。

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脚注 1. 当然，自旋循环将优化为if (b==0) infinite_loop，因为数据竞争 UB 让编译器提升负载。见MCU programming - C++ O2 optimization breaks while loop。

您似乎在询问 C 规则，同时假设代码将被天真/直接转换为 x86 asm。您可以通过轻松的原子来获得它，但不是 volatile，因为 volatile 访问不能与其他 volatile 访问重新排序（在编译时）。