那为大侠给俺讲讲cache和volatie变量的关系

南海一钓叟

上次面试被考官问到volatie变量，他说这个要结合cache来讲才能说的清，那位大侠给讲一下。

mingyanguo

什么cache？我只觉得跟优化有关系。。。

zx_wing

原帖由 南海一钓叟 于 2008-2-29 13:44 发表
上次面试被考官问到volatie变量，他说这个要结合cache来讲才能说的清，那位大侠给讲一下。

他骗你的。
volatie变量和cache没有关系，只和内存有关系。
简单点说就是每次操作前从内存取值
有volatie修饰的变量，每次操作时遵循下面动作：
从内存取值 ---> 放入寄存器 ----> 操作 ---->写回内存
没有volatie修饰的变量，操作可能遵循（可能就是不是所有情况都如此）：
从内存取值 ---> 放入寄存器 ----> 第一次操作 -----> 第二次操作（此时仍操作寄存器中的值） …… ---->第N次操作 ---->写回内存

举个例子论述两者关系： int volatie i; //全局变量，在其它地方会被修改 while (i) { do_somethings(); } 如果i没有被volatie修饰，当while循环执行时，另一段程序并发的执行了i=0， 这个循环仍不会退出，因为每次循环都是检查寄存器中的值。 如果有volatie修饰，那么循环结束，因为循环每次检查i的时候，会先从内存把i读入寄存器，这个时候i在其它地方被赋0，则循环结束。

tinywind

有关系的，volatile变量的修改要求即时被所有cpu可见，所以会要求cache一致性。对一些weak memory model的cpu，还有对memory access order的限制。

zx_wing

原帖由 tinywind 于 2008-2-29 15:00 发表
有关系的，volatile变量的修改要求即时被所有cpu可见，所以会要求cache一致性。对一些weak memory model的cpu，还有对memory access order的限制。

不不不，这个一致性并非是volatile引起的，而是从内存取值都会有的问题。
假设有两个CPU，CPU1和CPU2， 一个变量A（不管有没有volatile修饰）位于地址addr1

CPU1修改了变量A，同步回内存，这个时候可能它并没有直接被写到内存，而是放到CPU1的缓存中了。这个时候CPU2要从内存中读入A的值，会向总线提交地址addr1。由于一个总线的translation阶段有个snoop（监听）阶段，CPU1就会得知CPU2在请求位于地址addr1的变量A的值，则CPU1会把变量A的值同步回内存，从而CPU2从内存读到的A的值就是最新的。从而保证了一致性。

所以这个一致性和volatie没有关系，只要是变量在修改后写回内存，硬件机制就会保证它们的一致性。
故前面提到的volatie变量修改顺序中最后一步：
从内存取值 ---> 放入寄存器 ----> 操作 ---->写回内存
就做了这个一致性保证。

mingyanguo

原帖由 tinywind 于 2008-2-28 23:00 发表
有关系的，volatile变量的修改要求即时被所有cpu可见，所以会要求cache一致性。对一些weak memory model的cpu，还有对memory access order的限制。

这个access order应该不是能用volatile可以解决的。。。

南海一钓叟

多谢zx_wing 和tinywind两位大侠给的解释，本来一头雾水，现在终于有点了解了，但是有些不明白的就是zx_wing说到了两个CPU，这个我不是很理解了，

zx_wing

原帖由 南海一钓叟 于 2008-2-29 15:24 发表
多谢zx_wing 和tinywind两位大侠给的解释，本来一头雾水，现在终于有点了解了，但是有些不明白的就是zx_wing说到了两个CPU，这个我不是很理解了，

这个其实和volatie没有关系，不理解就算了，这个是前端总线怎么在多CPU情况下如何保证内存一致性的方法。
我说这个主要是想说明volatie和cache是没有关系的。

如果volatie可以指定编译器执行内存同步（也就是cache同步），那么一个简单的实验就可以检验。
写一个小程序，修改了volatie变量，编译成汇编，然后看修改 volatie 变量的下一条指令是否带有隐式的内存同步功能，或显式的执行了内存屏障指令。很明显可以看到，编译器实际上是没有这样做的。

我认为LZ只要理解了我第一个回帖中的内容即可。

[ 本帖最后由 zx_wing 于 2008-2-29 15:34 编辑 ]

net_robber

学习，学习

zx_wing

原帖由 mingyanguo 于 2008-2-29 15:22 发表

这个access order应该不是能用volatile可以解决的。。。

不能解决，这个要靠带有内存屏障功能的指令才行，volatile不能指定编译器生成这样的指令。