Memory Model

• Compiler Optimization

编译器基于单线程正确性原则, 执行代码优化, 可能重排内存访问顺序. 而实际的程序很可能是多线程/多进程的.

• CPU Store Buffer, Cache Coherency, OoO(Out of Order)

为解决CPU 与内存之间的性能差异带来的性能问题, 引入了 CPU Storebuffer, Cache, 预取, 乱序执行引擎.

• CPU-Interconnect BUS(network)

保证偏序, 不是全序.

部分代码的内存访问顺序是重要的. 例如 Producer-Consumer 多线程同步, 硬件条件检测与寄存器访问. 这要求部分代码需要严格控制顺序.

基于上述内存访问特征, 引入内存模型(memory-model), 解决 Data-Race 问题.

// From:
x = 1;
y = "hello";
x = 2;

// to:
y = "hello";
x = 2;

// From:
for (int i = 0; i < M; ++i)
  {
    z += a[i];
  }

// To:
register long r = z;
for (int i = 0; i < M; ++i)
  {
    r += a[i];
  }
z = r;

// From:
x = 100;
y = 200;
z = 300;

// To:
z = 300;
x = 200;
y = 100;