`std::atomic` のストアが順序一貫性のために XCHG を使用するのはなぜですか?

逐次一貫性が要求される場合、std::atomic のストアはなぜ XCHG を使用するのですか?

最初は逐次一貫性ストア操作が表示される場合がありますが、単純なストア命令とそれに続くメモリ バリアを使用して実装できるものとして、XCHG (暗黙のロック プレフィックスを使用) を使用すると、より最適なソリューション。

XCHG と順序一貫性

x86 および x86_64 アーキテクチャでは、XCHG はメモリ交換と完全なメモリ バリアの両方を提供し、メモリ操作の順序付けを保証します。 。これにより、順次整合性ストアを実装する効果的な方法になります。

通常のストア命令の制限

MOV などの通常のストア命令だけでは、順次整合性を保証できません。 。リリース セマンティクスのみを提供し、ロードの取得など、後の操作で並べ替えることができます。

パフォーマンスに関する考慮事項

MFENCE と XCHG の両方を使用して実装できます。逐次一貫性ストアでは、さまざまな CPU 上で異なるパフォーマンス特性を示します。特定の CPU では、MFENCE が隣接する命令のアウトオブオーダー実行をストールする可能性があります。対照的に、XCHG は、シングルスレッド操作の場合、またはキャッシュされたラインが L1 キャッシュでホットな場合により効率的である可能性があります。

コンパイラーとカーネルの実践

さまざまなコンパイラーと操作システムは、逐次一貫性ストアを実装するためにさまざまなアプローチを好みます。 GCC は歴史的に MOV MFENCE を使用していましたが、他のコンパイラーと Linux カーネルは XCHG を使用していました。

追加メモ

次の点に注意することが重要です。

• 暗黙的取得フェンス: 言及した可能性がありますx86 ストアには暗黙的な取得フェンスがあるとされていますが、これは誤りです。ストアには、取得セマンティクスではなく、暗黙的に release セマンティクスがあります。
• コンパイラ バリア: 指定した asm volatile("" ::: "memory") 構文はコンパイラです。 -レベルバリア、実行時メモリではない
• フェンスとリリース操作: フェンスとリリース操作には類似点がある一方で、x86 では別個のメカニズムです。

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