在Linux内核的KCOV代码中，为什么会有barrier()？

Question

在Linux的KCOV代码中，为什么会有这样的 barrier() 放置？

void notrace __sanitizer_cov_trace_pc(void)
{
    struct task_struct *t;
    enum kcov_mode mode;

    t = current;
    /*
     * We are interested in code coverage as a function of a syscall inputs,
     * so we ignore code executed in interrupts.
     */
    if (!t || in_interrupt())
        return;
    mode = READ_ONCE(t->kcov_mode);
    if (mode == KCOV_MODE_TRACE) {
        unsigned long *area;
        unsigned long pos;

        /*
         * There is some code that runs in interrupts but for which
         * in_interrupt() returns false (e.g. preempt_schedule_irq()).
         * READ_ONCE()/barrier() effectively provides load-acquire wrt
         * interrupts, there are paired barrier()/WRITE_ONCE() in
         * kcov_ioctl_locked().
         */
        barrier();
        area = t->kcov_area;
        /* The first word is number of subsequent PCs. */
        pos = READ_ONCE(area[0]) + 1;
        if (likely(pos < t->kcov_size)) {
            area[pos] = _RET_IP_;
            WRITE_ONCE(area[0], pos);
        }
    }
}

A barrier() 调用可以防止编译器重新排序指令。然而，这里与中断有什么关系？为什么需要它来保证语义的正确性？

Answer 1

没有 barrier()，编译器将可以自由访问 t->kcov_area 之前 t->kcov_mode. 在实践中想要这样做是不太可能的，但这不是重点。 如果没有某种障碍，C规则允许编译器创建不符合我们要求的asm。 (C11内存模型除了你显式施加的外，没有任何排序保证；在C11中通过 stdatomic 或在Linux GNU C中通过像 barrier() 或 smp_rb().)

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如评论中所述。barrier() 正在创建一个 获取负载与运行在同一核心上的代码有关。 这是你对中断的全部需求。

    mode = READ_ONCE(t->kcov_mode);
    if (mode == KCOV_MODE_TRACE) {
        ...
        barrier();
        area = t->kcov_area;
        ...

我对kcov不是很熟悉，但似乎看到某个值在 t->kcov_mode 读取的安全。t->kcov_area. (因为无论代码写什么，该对象写的都是 kcov_area 首先，然后做一个释放商店到 kcov_mode.)

https:/preshing.com20120913获取并发布-semantics。 解释了acq rel同步的一般情况。

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为什么不是 smp_rb() 需要吗？ 即使在弱排序的ISA上，获取排序也需要一个栅栏指令来保证看到另一个核做的其他存储）。

中断处理程序运行在做其他操作的同一个核上，就像信号处理程序中断一个线程并在其上下文中运行一样。 struct task_struct *t = current 意味着我们要看的数据是单个任务的本地数据。 这相当于在用户空间的单个线程内的东西。 内核抢占导致在不同的内核上重新调度，当另一个内核访问这个任务一直使用的内存时，将使用任何必要的内存障碍来保持单线程的正确执行）。

用户空间C11 stdatomic 相当于这个障碍的是 atomic_signal_fence(memory_order_acquire). 信号栅栏只需要阻止编译时的重新排序（就像Linux的 barrier())，不像 atomic_thread_fence ，必须发出内存障碍asm指令。

失序的CPU内部确实会重新排序，但是 OoO exec的主要规则是保持指令一次运行的假象，以便让运行指令的核心. 这就是为什么你不需要一个内存屏障来处理asm的等价物。a = 1; b = a; 来正确加载你刚才存储的1；硬件上保留了串行执行的假象。¹ 按程序顺序进行。 (通常是通过让负载窥探存储缓冲区，并将尚未提交给L1d缓存的存储从存储转发到负载)。

中断处理程序中的指令在逻辑上运行在中断发生点之后（按照中断返回地址）。 因此，我们只需要按照正确的顺序来执行asm指令(barrier())，硬件会让一切都正常。

脚注1：有一些显式并行的ISA，比如IA-64和Mill，但它们提供了asm可以遵循的规则，以确保一条指令看到另一条更早指令的效果。 对于经典的MIPS I加载延迟槽之类的东西也是如此。 编译器会对编译后的C语言进行处理。