Aarch64 上 C++11 原子的部分重新排序

我正在看gcc 的 rmw 原子的编译器输出 https://goo.gl/ZWLeCJ并注意到一些奇怪的事情 - 在 Aarch64 上，诸如 fetch_add 之类的 rmw 操作可以通过宽松的负载进行部分重新排序。

在 Aarch64 上，可能会生成以下代码value.fetch_add(1, seq_cst)

.L1:
    ldaxr x1, [x0]
    add x1, x1, 1
    stlxr w2, x1, [x0]
    cbnz L1

但是，在 ldaxr 之前发生的加载和存储可能会被重新排序，超过 stlxr 之后发生的加载和加载/存储（请参阅here http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.den0024a/CJAIAJFI.html）。 GCC 不会添加围栏来防止这种情况 - 下面是一小段代码演示了这一点：

void partial_reorder(std::atomic<uint64_t> loader, std::atomic<uint64_t> adder) {
    loader.load(std::memory_order_relaxed); // can be reordered past the ldaxr
    adder.fetch_add(1, std::memory_order_seq_cst);
    loader.load(std::memory_order_relaxed); // can be reordered past the stlxr
}

生成

partial_reorder(std::atomic<int>, std::atomic<int>):
    ldr     w2, [x0] @ reordered down
.L2:
    ldaxr   w2, [x1]
    add     w2, w2, 1
    stlxr   w3, w2, [x1]
    cbnz    w3, .L2
    ldr     w0, [x0] @ reordered up
    ret

实际上，负载可以通过 RMW 操作进行部分重新排序 - 它们发生在 RMW 操作的中间。

那么，有什么大不了的呢？我在问什么？

1. 原子操作本身是可分的，这似乎很奇怪。我在标准中找不到任何阻止这种情况的内容，但我相信存在隐含操作不可分割的规则组合。

2. 这似乎不尊重获取顺序。如果我在此操作之后直接执行加载，我可以看到 fetch_add 和后面的操作之间的存储-加载或存储-存储重新排序，这意味着后面的内存访问在获取操作之后至少部分地重新排序。同样，我在标准中找不到任何明确说明不允许这样做的内容，并且获取是加载排序，但我的理解是获取操作适用于整个操作，而不仅仅是其中的一部分。类似的场景也适用于通过 ldaxr 重新排序某些内容的版本。

3. 这可能会进一步扩展排序定义，但 seq_cst 操作之前和之后的两个操作可以相互重新排序似乎是无效的。如果边界操作各自重新排序到操作的中间，然后相互超越，则可能会发生这种情况。

看起来你是对的。至少，非常相似海湾合作委员会的错误 https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=65697已被接受并修复。

他们提供了这个代码：

.L2:
    ldaxr   w1, [x0]       ; load-acquire (__sync_fetch_and_add)
    add w1, w1, 1
    stlxr   w2, w1, [x0]   ; store-release  (__sync_fetch_and_add)
    cbnz    w2, .L2

所以以前的操作可以重新排序ldaxr进一步的操作可以重新排序stlxr，这打破了 C++11 确认。文档 http://infocenter.arm.com/help/index.jsp?topic=/com.arm.doc.den0024a/CHDCJBGA.html对于 aarch64 上的障碍，清楚地解释了这种重新排序是可能的。