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ACCESS_ONCE宏定义的解释

作者：linuxer 发布于：2014-7-17 12:34 分类：进程管理

一、ACCESS_ONCE解决什么样的问题

我们首先来看一个代码片段（来自__mutex_lock_common函数，位于linux/kernel/locking/mutex.c文件）：

例子1

for (;;) {
    struct task_struct *owner;

    owner = ACCESS_ONCE(lock->owner);
    if (owner && !mutex_spin_on_owner(lock, owner))
        goto slowpath;
     /* ... */
}

这段代码的逻辑比较简单，主要是为临界区加上mutext锁的操作，当已经有其他的thread持有锁的时候，调用本次加锁操作的进程有两个选择：

1、spin直到获取到mutex锁

2、sleep

不同的场景走不同的分支。如果该锁没有pending waiter并且持有锁的thread在另外一个CPU上运行。这种情况下，spin方案会比较好，因此该锁很可能在随后的短时间内被释放。否则，就需要走到slow path去了。因此，在spin的情况下，代码会不断的轮询lock->owner并判断是否owner还持有锁资源，如果当前的owner还占用该资源，那么继续polling，如果锁被释放了，那么程序可以获得锁资源并继续向下执行。c代码虽然好理解，不过c代码和CPU真正执行的代码指令之间还有一个编译器，有些编译器会不择手段的进行优化。例如，对于上面的代码，lock->owner这个变量在for循环中并没有被修改，那么编译器就认为CPU不需要在每一个循环中访问该变量，因此这段代码有可能被编译器优化成：

struct task_struct *owner;

owner = ACCESS_ONCE(lock->owner);

for (;;) {
    if (owner && !mutex_spin_on_owner(lock, owner))
        break;
     /* ... */
}

编译器其实没有那么智能，如果不告诉它，它在编译c代码的时候总是缺省认为只有一个thread在该地址空间中执行。因此，编译器并不知道lock->owner有可能被其他的thread修改的这个事实，因此作出错误的优化（对于single thread，这个优化无疑是正确的）。

在这个例子中，ACCESS_ONCE被c code用来告知编译器在编译的时候，不要因为优化而将多次内存访问合并称为一次。对lock->owner这个memory的访问要确保每个循环都access once。

我们再看另外一个代码片段的例子（来自Linus的邮件）：

例子2 

  if (a > MEMORY) {
        do1;
        do2;
        do3;
    } else {
        do2;
    }

这段代码可能被编译器优化成：

    if (a > MEMORY)
        do1;
    do2;
    if (a > MEMORY)
        do3;

但是，对于优化后的代码，如果有其他的thread在执行do2的时候修改了MEMORY的值，这时候，CPU执行的代码逻辑和c code是不一致的，或许就会导致问题。

在这个例子中，ACCESS_ONCE这个名字解释就更好理解。也就是说，编译器在编译的时候，不要因为优化而将内存访问拆成多次，确保该内存访问是access once而不是access multi times。

综上所述，ACCESS_ONCE就是用来让c code告诉编译器，这里的内存访问不要优化（不要将多次内存访问合并，对应例子1，也不要将一次内存访问分拆成多次，对应例子2）。

二、代码实现

本身ACCESS_ONCE非常简单，如下：

#define ACCESS_ONCE(x) (*(volatile typeof(x) *)&(x))

ACCESS_ONCE本身的实现就是增加了volatile这个关键字，它确保编译器每次访问变量x都是从内存中获取。

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标签: ACCESS_ONCE