優化屏障和內存屏障

優化屏障 (Optimization Barrier)

編譯器編譯源代碼時，會將源代碼進行優化，將源代碼的指令進行重排序，以適合于CPU的并行執行。然而，內核同步必須避免指令重新排序，優化屏障（Optimization barrier）避免編譯器的重排序優化操作，保證編譯程序時在優化屏障之前的指令不會在優化屏障之后執行。

Linux用宏barrier實現優化屏障，gcc編譯器的優化屏障宏定義列出如下（在include/linux/compiler-gcc.h中）： 

#define barrier() __asm__ __volatile__("": : :"memory")

上述定義中，“__asm__”表示插入了匯編語言程序，“__volatile__”表示阻止編譯器對該值進行優化，確保變量使用了用戶定義的精確地址，而不是裝有同一信息的一些別名。“memory”表示指令修改了內存單元。

內存屏障 (Memory Barrier)

軟件可通過讀寫屏障強制內存訪問次序。讀寫屏障像一堵墻，所有在設置讀寫屏障之前發起的內存訪問，必須先于在設置屏障之后發起的內存訪問之前完成，確保內存訪問按程序的順序完成。

讀寫屏障通過處理器構架的特殊指令mfence（內存屏障）、lfence（讀屏障）和sfence（寫屏障）完成，見《x86-64構架規范》一章。另外，在x86-64處理器中，對硬件進行操作的匯編語言指令是“串行的”，也具有內存屏障的作用，如：對I/O端口進行操作的所有指令、帶lock前綴的指令以及寫控制寄存器、系統寄存器或調試寄存器的所有指令（如：cli和sti）。

Linux內核提供的內存屏障API函數說明如表2。內存屏障可用于多處理器和單處理器系統，如果僅用于多處理器系統，就使用smp_xxx函數，在單處理器系統上，它們什么都不要。