glibc 的 atomic_forced_read 函数的目的是什么？答案

【问题标题】：What is the purpose of glibc's atomic_forced_read function?glibc 的 atomic_forced_read 函数的目的是什么？
【发布时间】：2020-01-24 17:07:33
【问题描述】：

我试图理解 atomic_forced_read 定义的目的，它经常出现在 malloc.c 的 GNU libc 实现中。

当涉及到内联汇编时，我不是很好，但看起来它返回完全相同的值，具有与输入值相同的类型。我在这里错过了什么？

atomic.h 中的原子强制读取定义

523 #ifndef atomic_forced_read
524 # define atomic_forced_read(x) \
525   ({ __typeof (x) __x; __asm ("" : "=r" (__x) : "0" (x)); __x; })
526 #endif

链接到 atomic.h

https://code.woboq.org/userspace/glibc/include/atomic.h.html

【问题讨论】：

什么你的问题是什么？！ atomic_forced_read 和空指针有什么关系？！
顺便说一句，C 标准一直要求free(0) 是安全的并且什么也不做。已经有（不兼容和/或 1989 年之前的）C 库会崩溃，但现在你几乎肯定不会遇到一个，除非你正在做逆向计算。（有关详细信息，请参阅 dandan78 的链接。）
在我看来类似于Linux内核中的ACCESS_ONCE。它只是强制读取寄存器，但我不知道这与易失性读取相比如何。如果数据已经在寄存器中，它会强制重新加载吗？它会阻止编译器将目标的访问转换为源数据的访问吗？
@PeterCordes：在 malloc 中，它用于防止检查钩子函数指针是否为 NULL 和调用它之间的竞争条件。它的目的是访问共享变量，前提是您知道访问将是原子的（支持平台的适当大小和对齐方式），并防止编译器删除/复制您的负载。我只是不知道它真正提供了什么保证，尤其是。与易失性读取相比。
@ninjalj：听起来很复杂；只需将共享值加载到本地，然后在调用它之前检查它是否为非 NULL。不需要特殊的魔法来防止 NULL 检查被优化掉，除非指针早晚无条件地取消引用。（然后编译器会将其优化掉，因为 deref 暗示非 NULL 因为 UB）。 OP 仍然没有在问题中包含用例，我也没有费心去寻找自己。

标签： c atomic glibc inline-assembly libc

【解决方案1】：

一种用法是atomic_forced_read：

#if HAVE_MALLOC_INIT_HOOK
  void (*hook) (void) = atomic_forced_read(__malloc_initialize_hook);
  if (hook != NULL)
    (*hook)();
#endif

看来__malloc_initialize_hook 可以从另一个线程更改，因此如果在NULL 之后再次从内存中加载__malloc_initialize_hook，则检查其值可能已更改回NULL。

atomic_forced_read 确保由于=routput 约束将__malloc_initialize_hook 加载到寄存器中，因此__malloc_initialize_hook 在NULL 检查后不会从内存中重新加载。空的asm 破坏了hook 对__malloc_initialize_hook 的编译器依赖性，因为hook 现在是用存储在寄存器中的__x 而不是__malloc_initialize_hook 初始化的。在hook 被__x 初始化后，后者就消失了，不可能重新加载。

在 C11 模式下，__malloc_initialize_hook 可以是 atomic_uintptr_t 和 atomic_load_explicit(&__malloc_initialize_hook, memory_order_relaxed) 可以代替 atomic_forced_read 从内存中加载一次 __malloc_initialize_hook。

【讨论】：

是的，它“清洗”了__malloc_initialize_hook 的值，因此优化器无法决定加载全局两次。正如 ninjali 对这个问题所评论的那样，sourceware.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=9957 表明即使使用本地（但没有 asm 或 volatile），S390 也确实发生了这种情况。
@PeterCordes 您提到了“洗钱”，但是，std::launder 是一个相当特殊且有限的工具，请参阅WG21 P0532R0 On launder()。