由于 cpu 无序执行或缓存一致性问题，是否需要内存屏障？

Question

我想知道为什么需要内存屏障，我已经阅读了一些关于这个主题的文章。
有人说是因为 cpu 乱序执行，而others 说是因为缓存一致性问题导致存储缓冲区和队列无效。
那么，需要内存屏障的真正原因是什么？ cpu乱序执行还是缓存一致性问题？或两者？ cpu乱序执行和缓存一致性有关系吗？ x86和arm有什么区别？

Answer 1

当 ISA 的内存排序规则弱于您的算法所需的语义时，您需要设置障碍来排序此核心/线程对全局可见的一致缓存的访问。

缓存总是一致，但这与一致性（多个操作之间的排序）是分开的。

您可以在有序 CPU 上进行内存重新排序。更详细地，How is load->store reordering possible with in-order commit? 展示了如何在管道上进行内存重新排序，该管道开始按程序顺序执行指令，但缓存允许未命中命中和/或存储缓冲区允许OoO 提交。

相关：

• Does an x86 CPU reorder instructions? 谈论内存重新排序与乱序执行之间的区别。 （以及 x86 的强排序内存模型是如何通过硬件轨道排序在激进的乱序执行之上实现的，存储缓冲区将存储 执行 与存储 可见性到其他线程/内核。）
• x86 memory ordering: Loads Reordered with Earlier Stores vs. Intra-Processor Forwarding
• Globally Invisible load instructions

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有关更多基本信息，另请参阅 https://preshing.com/20120710/memory-barriers-are-like-source-control-operations/ 和 https://preshing.com/20120930/weak-vs-strong-memory-models。 x86 有一个“强”的内存排序模型：程序顺序加上一个带有存储转发的存储缓冲区。 C++ acquire 和 release 是“免费的”，只有原子 RMW 和 seq_cst 存储需要屏障。

ARM 有一个“弱”的内存排序模型：只有 C++ memory_order_consume（数据依赖排序）是“免费的”，获取和释放需要特殊指令（如 ldar/stlr）或屏障。