Armv8-A内存模型指南

"Armv8-A memory model 是 ARM 公司在 Armv8-A 架构中定义的一种内存模型，该模型详细规定了处理器如何访问和处理内存中的数据，包括内存区域的属性、内存属性的来源与分配方式，以及内存排序的基本原则。此文档为 Version 1.0，于2019年4月首次发布，是非保密性质的。文档内容可能受到版权保护，并可能涉及专利，未经 ARM 公司明确书面许可，不得复制或实施其中信息。用户使用该文档信息时需同意不用于评估第三方专利侵权的可能性。" 在 Armv8-A 架构中，内存模型是理解和编程的关键部分，因为它定义了指令执行的顺序、数据一致性以及多核处理器间的通信规则。以下是 Armv8-A 内存模型的一些关键知识点： 1. **内存属性**：内存系统中的不同区域可以有不同的属性，例如，有的可能是易失性的，有的则具有缓存能力。这些属性决定了数据的存储和访问方式，对性能和一致性有直接影响。 2. **属性来源与分配**：内存属性通常由硬件平台的配置决定，例如，内存控制器和缓存策略。这些属性被分配给内存的不同区域，如代码段、数据段、堆和栈。 3. **内存排序**：内存模型定义了内存操作的排序规则，这涉及到指令重排序、数据依赖性和缓存一致性。在 Armv8-A 中，内存模型保证了特定的顺序约束，以确保多线程或多处理器环境下的正确性。 4. **内存访问级别**：Armv8-A 支持不同的内存访问级别，如 Strongly-ordered、Sequentially-consistent、Shared 和 Unbuffered 等，这些访问级别影响着数据的可见性和同步。 5. **一致性模型**：Armv8-A 采用的内存一致性模型确保了所有处理器看到的内存状态是一致的。例如，Load-Store 顺序一致性模型要求所有处理器的读写操作按其程序顺序执行，即使它们可能被缓存和重新排序。 6. **缓存和一致性协议**：在多核系统中，每个核心可能有自己的缓存，因此需要一种机制来确保缓存的一致性。Armv8-A 使用了如 AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture）总线协议中的缓存一致性协议，如 ARMv8 的 CCIX、CPI 或者早期的 ARMv7-A 的 AMBA-3 AXI。 7. **原子操作**：Armv8-A 提供了原子操作（如 Load-Exclusive 和 Store-Exclusive），保证在多线程环境下对特定内存位置的访问是不可分割的，防止数据竞争问题。 8. **Barriers**：内存屏障是另一种关键工具，它强制执行特定的内存操作顺序，防止指令的乱序执行。在 Armv8-A 中，有多种类型的内存屏障（如 DMB、DSB 和 DSB SY）来满足不同的同步需求。 理解 Armv8-A 内存模型对于编写高效、正确并能在多核处理器上正确运行的代码至关重要。开发人员需要根据这个模型来设计并发和同步机制，以确保程序的正确性和性能。