常见的一些RELAXED MODEL CONCEPTS

本文主要是介绍常见的一些RELAXED MODEL CONCEPTS，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

释放一致性(release consistency, RC)

RC的核心观点是：使用 FENCE 围绕所有同步操作是多余的

• 同步获取 (acquire) 只需要一个后续的 FENCE，
• 同步释放 (release) 只需要一个前面的 FENCE。

对于表 5.4 的临界区示例，可以省略 FENCE F11、F14、F21 和 F24。让我们关注 "R11: release(lock)"。FENCE F13 很重要，因为它在锁释放之前对临界区的load (L1i) 和store (S1j) 进行排序。FENCE F14 可以省略，因为如果core C1 的后续内存操作（表中未显示）在释放 R11 之前执行，则没有问题。

RC 实际上允许这些后续操作早在临界区开始时就执行，而 XC 的 FENCE 不允许这样的排序。RC 提供了类似于 FENCE 的 ACQUIRE 和 RELEASE 操作，但仅在一个方向而不是像 FENCE 那样在两个方向上对内存访问进行排序。更一般地说，RC 只需要：

• ACQUIRE -> Load, Store (but not Load, Store -> ACQUIRE)
• Load, Store -> RELEASE (but not RELEASE -> Load, Store) and
• SC ordering of ACQUIREs and RELEASEs:
• ACQUIRE -> ACQUIRE
• ACQUIRE -> RELEASE
• RELEASE -> ACQUIRE, and
• RELEASE -> RELEASE

 

RISC-V 弱内存顺序 (RVWMO)

RISC-V 实现了一个内存模型 RVWMO（注1），它可以理解为释放一致性 (RC) 和 XC 的混合。

• 与 XC 类似，RVWMO 是根据全局内存顺序（所有内存操作的总顺序）定义的，并且具有 FENCE 指令的几种变体。
• 与 RC 类似，load和store可以携带注释 (annotation)：load指令可以携带 ACQUIRE 注释，store指令可以携带 RELEASE 注释
• RMW 指令可以使用单独的 RELEASE、单独的ACQUIRE 或 RELEASE 和 ACQUIRE 两者一起进行注释。

RELEASE/ACQUIRE orderings

有两种类型的ACQUIRE annotations和RELEASE annotations

• ACQUIRE-RCpc / RELEASE-RCpc
• ACQUIRE-RCsc / RELEASE-RCsc

其中，pc指的是processor consistency, pc是TSO的前身，SC指的是Sequential Consistency;

LOAD两种都可以用，RMW只能用RCsc;

这两种annotations提供的order描述如下：

• ACQUIRE -> Load,Store (ACQUIRE refers to both ACQUIRE-RCsc and ACQUIRE-RCpc)
• Load,Store -> RELEASE (RELEASE refers to both RELEASE-RCsc and RELEASE-RCpc)
• RELEASE-RCsc -> ACQUIRE-RCsc

FENCEorderings. 

RVWMO有几种FENCE指令：

•  strong FENCE instruction， FENCE RW,RW;
  • enforces the Load,Store !Load,Store orderings;
• non-trivial combinations：
  • FENCE RW,W;
  • FENCE R,RW,
  • FENCE R,R;
  • FENCE W,W;
  • FENCE.TSO

这里面R代表load, W代表store,简单描述下上面部分指令的含义；

• FENCE R,R: 强制保证load/load的顺序；
• FENCE.TSO：强制保证load->load, Store->Store, Load->Store的顺序；

RVWMO的例子

        S1 ->L1 is enforced in core C1 due to the former and S2 -> L2 is enforced in core C2 due to the latter. The combination, thus, ensures that both r1 and r2 cannot read 0.

Dependency-induced orderings.

        RVWMO 在某些方面略强于 XC。地址、数据和控制相关性可以在 RVWMO 中引起内存顺序，但在 XC 中则不然。考虑表 5.12 中所示的示例。这里，core C1 向 data2 写入 NEW，然后设置指针指向 data2 的位置。（通过 FENCE W, W 指令对两个store S1 和 S2 进行排序）。在core C2 中，L1 将指针的值load到 r1 中，然后load L2 解引用 (dereference) r1。尽管两个load L1 和 L2 没有明确排序，但 RVWMO 隐式强制执行 L1 -> L2，因为 L1 和 L2 之间存在地址依赖 (address dependency)：L1 产生的值被 L2 解引用。

考虑表 5.13 中显示的示例，也称为load缓冲 (load buffering)。让我们假设 x 和 y 最初都是 0。可以允许 r1 和 r2 凭空读取任意值（比如 42）吗？有点令人惊讶的是，XC 并不禁止这种行为。因为在 L1 和 S1 以及 L2 和 S2 之间都没有 FENCE，所以 XC 不会强制任何一个 Load -> Store 顺序。这可能会导致执行以下操作：

• S1 预测 L1 将读取 42，然后推测性地将 42 写入 y，
• L2 从 y 读取 42 到 r2，
• S2 将 42 写入 x，并且
• L1 将 42 从 x 读入 r1，从而使初始预测“正确”。

        然而，RVWMO 通过隐式强制 Load -> Store 顺序 (L1 -> S1 和 L2 -> S2) 来禁止这种行为，因为每个load和store之间存在数据依赖 (data dependency) 关系：每个load读取的值由接下来的store写入。

        与此类似，RVWMO 还隐式地强制在load和后续store之间进行排序，该store控制依赖 (control dependent) 于load。

Same address orderings.        

与 XC 一样，RVWMO 也强制执行

• Load -> Store ordering to the same address,
• Store -> Store ordering to the same address, and does not enforce
• Store -> Load ordering to the same address.

与 XC 不同，RVWMO 不强制

• Load -> Load ordering to the same address in all situations

仅在以下情况下才会强制执行：

(a) 两次load之间没有store到同一地址，以及

(b) 两次load返回由不同store写入的值。对于这种微妙的基本原理的详细讨论，读者可以参考 RISC-V 规范 [31]。

RISC-V 支持两种类型的 RMW

        原子内存操作 (AMO) 和保留load/条件store (LdR/StC)。

        虽然 AMO 来自单个指令（例如，fetch-and-increment），但 LdR/StC 实际上由两个单独的指令组成：LdR 带来一个值并为core做一个保留记号，而 StC 只有在保留记号仍然存在时才能成功。这两种 RMW 的原子性语义略有不同。与 XC RMW 类似，如果load和store在全局内存顺序中连续 (consecutively) 出现，则称 AMO 是原子的。LdR/StC 较弱。 假设 LdR 读取了 store s 产生的值；只要在全局内存顺序中 s 和 StC 之间没有相同地址的store，就可以说 LdR/StC 是原子的。

总而言之，RVWMO 是一种结合了 XC 和 RC 方面的最新宽松内存模型。对于详细的提议和正式规范，读者可以参考 RISC-V 规范。

这篇关于常见的一些RELAXED MODEL CONCEPTS的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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