优化屏障和内存屏障

优化屏障 (Optimization Barrier)

编译器编译源代码时，会将源代码进行优化，将源代码的指令进行重排序，以适合于CPU的并行执行。然而，内核同步必须避免指令重新排序，优化屏障（Optimization barrier）避免编译器的重排序优化操作，保证编译程序时在优化屏障之前的指令不会在优化屏障之后执行。

Linux用宏barrier实现优化屏障，gcc编译器的优化屏障宏定义列出如下（在include/linux/compiler-gcc.h中）： 

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

上述定义中，“__asm__”表示插入了汇编语言程序，“__volatile__”表示阻止编译器对该值进行优化，确保变量使用了用户定义的精确地址，而不是装有同一信息的一些别名。“memory”表示指令修改了内存单元。

内存屏障 (Memory Barrier)

软件可通过读写屏障强制内存访问次序。读写屏障像一堵墙，所有在设置读写屏障之前发起的内存访问，必须先于在设置屏障之后发起的内存访问之前完成，确保内存访问按程序的顺序完成。

读写屏障通过处理器构架的特殊指令mfence（内存屏障）、lfence（读屏障）和sfence（写屏障）完成，见《x86-64构架规范》一章。另外，在x86-64处理器中，对硬件进行操作的汇编语言指令是“串行的”，也具有内存屏障的作用，如：对I/O端口进行操作的所有指令、带lock前缀的指令以及写控制寄存器、系统寄存器或调试寄存器的所有指令（如：cli和sti）。

Linux内核提供的内存屏障API函数说明如表2。内存屏障可用于多处理器和单处理器系统，如果仅用于多处理器系统，就使用smp_xxx函数，在单处理器系统上，它们什么都不要。