C++ atomic memory model和Arm實現方式

C++  atomic memory model  和 Arm構架實現

C++的memory model是軟體工程師比較難理解的一部分，因為深入理解它需要有一定的CPU構架和微構架的知識基礎。

C++作為高級語言本身應該和CPU的硬體是無關的，但是為了使一些原子（atomic）操作能夠在CPU更有效率的運行，避免因為原子操作帶來的memory ordering要求對系統性能的影響，C++的原子操作會帶有memory ordering的限定。

本文將通過圖表的方式介紹C++的atomic memory ordering和其在Arm構架上的實現。

閱讀本文需要有些C++atomic和CPU構架基礎。

§std::atomic 

 §The class to use when writing lock-free code! 

 §A template wrapper around various types, providing access that is: 

    Atomic – reads and writes are done as a whole. 

    Ordered with respect to other accesses to the variable (or others). 

§Depending on the target platform, operations can be lock-free, or protected by a mutex.

一個例子，

§Memory access ordering is specified by std::memory_order _... 

 §Operations can limit reordering around themselves for operations with the ordinary variables and operations with other atomic variables.

下面是對每個memory ordering specifier (std::memory_order _...)限定的memory ordering的具體解釋，綠色箭頭表示允許的re-order,紅色表示不允許的re-order. （圖表原創，all copy rights are reserved）

在不同的Arm構架上，C++的atomic的實現會有所不同。

在v7-A上是通過LDREX/STREX + DMB來實現的，在V8-A上通過LDREX/STREX + DMB和Load-acquire （LDRA）, store-release（STRL）指令來實現。

在Armv8.1-A上增加了atomic指令，這些指令本身也可以帶acquire,release的memory ordering限定。

下面是Armv8.1-A的實現方法。

只有充分理解C++的memory model，和理解它在具體CPU的實現，才能更正常和有效的使用它們。

本文作為一個概述，有時間再寫更具體的內容。