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| -rw-r--r-- | Documentation/RCU/Design/Requirements/Requirements.rst | 2 | ||||
| -rw-r--r-- | Documentation/memory-barriers.txt | 156 | ||||
| -rw-r--r-- | Documentation/translations/ko_KR/memory-barriers.txt | 146 |
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diff --git a/Documentation/RCU/Design/Requirements/Requirements.rst b/Documentation/RCU/Design/Requirements/Requirements.rst index 75b8ca007a11..50d5c43c48b0 100644 --- a/Documentation/RCU/Design/Requirements/Requirements.rst +++ b/Documentation/RCU/Design/Requirements/Requirements.rst @@ -463,7 +463,7 @@ again without disrupting RCU readers. This guarantee was only partially premeditated. DYNIX/ptx used an explicit memory barrier for publication, but had nothing resembling ``rcu_dereference()`` for subscription, nor did it have anything -resembling the ``smp_read_barrier_depends()`` that was later subsumed +resembling the dependency-ordering barrier that was later subsumed into ``rcu_dereference()`` and later still into ``READ_ONCE()``. The need for these operations made itself known quite suddenly at a late-1990s meeting with the DEC Alpha architects, back in the days when diff --git a/Documentation/memory-barriers.txt b/Documentation/memory-barriers.txt index eaabc3134294..4e55aba3eb4a 100644 --- a/Documentation/memory-barriers.txt +++ b/Documentation/memory-barriers.txt @@ -553,12 +553,12 @@ There are certain things that the Linux kernel memory barriers do not guarantee: DATA DEPENDENCY BARRIERS (HISTORICAL) ------------------------------------- -As of v4.15 of the Linux kernel, an smp_read_barrier_depends() was -added to READ_ONCE(), which means that about the only people who -need to pay attention to this section are those working on DEC Alpha -architecture-specific code and those working on READ_ONCE() itself. -For those who need it, and for those who are interested in the history, -here is the story of data-dependency barriers. +As of v4.15 of the Linux kernel, an smp_mb() was added to READ_ONCE() for +DEC Alpha, which means that about the only people who need to pay attention +to this section are those working on DEC Alpha architecture-specific code +and those working on READ_ONCE() itself. For those who need it, and for +those who are interested in the history, here is the story of +data-dependency barriers. The usage requirements of data dependency barriers are a little subtle, and it's not always obvious that they're needed. To illustrate, consider the @@ -2708,144 +2708,6 @@ the properties of the memory window through which devices are accessed and/or the use of any special device communication instructions the CPU may have. -CACHE COHERENCY ---------------- - -Life isn't quite as simple as it may appear above, however: for while the -caches are expected to be coherent, there's no guarantee that that coherency -will be ordered. This means that while changes made on one CPU will -eventually become visible on all CPUs, there's no guarantee that they will -become apparent in the same order on those other CPUs. - - -Consider dealing with a system that has a pair of CPUs (1 & 2), each of which -has a pair of parallel data caches (CPU 1 has A/B, and CPU 2 has C/D): - - : - : +--------+ - : +---------+ | | - +--------+ : +--->| Cache A |<------->| | - | | : | +---------+ | | - | CPU 1 |<---+ | | - | | : | +---------+ | | - +--------+ : +--->| Cache B |<------->| | - : +---------+ | | - : | Memory | - : +---------+ | System | - +--------+ : +--->| Cache C |<------->| | - | | : | +---------+ | | - | CPU 2 |<---+ | | - | | : | +---------+ | | - +--------+ : +--->| Cache D |<------->| | - : +---------+ | | - : +--------+ - : - -Imagine the system has the following properties: - - (*) an odd-numbered cache line may be in cache A, cache C or it may still be - resident in memory; - - (*) an even-numbered cache line may be in cache B, cache D or it may still be - resident in memory; - - (*) while the CPU core is interrogating one cache, the other cache may be - making use of the bus to access the rest of the system - perhaps to - displace a dirty cacheline or to do a speculative load; - - (*) each cache has a queue of operations that need to be applied to that cache - to maintain coherency with the rest of the system; - - (*) the coherency queue is not flushed by normal loads to lines already - present in the cache, even though the contents of the queue may - potentially affect those loads. - -Imagine, then, that two writes are made on the first CPU, with a write barrier -between them to guarantee that they will appear to reach that CPU's caches in -the requisite order: - - CPU 1 CPU 2 COMMENT - =============== =============== ======================================= - u == 0, v == 1 and p == &u, q == &u - v = 2; - smp_wmb(); Make sure change to v is visible before - change to p - <A:modify v=2> v is now in cache A exclusively - p = &v; - <B:modify p=&v> p is now in cache B exclusively - -The write memory barrier forces the other CPUs in the system to perceive that -the local CPU's caches have apparently been updated in the correct order. But -now imagine that the second CPU wants to read those values: - - CPU 1 CPU 2 COMMENT - =============== =============== ======================================= - ... - q = p; - x = *q; - -The above pair of reads may then fail to happen in the expected order, as the -cacheline holding p may get updated in one of the second CPU's caches while -the update to the cacheline holding v is delayed in the other of the second -CPU's caches by some other cache event: - - CPU 1 CPU 2 COMMENT - =============== =============== ======================================= - u == 0, v == 1 and p == &u, q == &u - v = 2; - smp_wmb(); - <A:modify v=2> <C:busy> - <C:queue v=2> - p = &v; q = p; - <D:request p> - <B:modify p=&v> <D:commit p=&v> - <D:read p> - x = *q; - <C:read *q> Reads from v before v updated in cache - <C:unbusy> - <C:commit v=2> - -Basically, while both cachelines will be updated on CPU 2 eventually, there's -no guarantee that, without intervention, the order of update will be the same -as that committed on CPU 1. - - -To intervene, we need to interpolate a data dependency barrier or a read -barrier between the loads (which as of v4.15 is supplied unconditionally -by the READ_ONCE() macro). This will force the cache to commit its -coherency queue before processing any further requests: - - CPU 1 CPU 2 COMMENT - =============== =============== ======================================= - u == 0, v == 1 and p == &u, q == &u - v = 2; - smp_wmb(); - <A:modify v=2> <C:busy> - <C:queue v=2> - p = &v; q = p; - <D:request p> - <B:modify p=&v> <D:commit p=&v> - <D:read p> - smp_read_barrier_depends() - <C:unbusy> - <C:commit v=2> - x = *q; - <C:read *q> Reads from v after v updated in cache - - -This sort of problem can be encountered on DEC Alpha processors as they have a -split cache that improves performance by making better use of the data bus. -While most CPUs do imply a data dependency barrier on the read when a memory -access depends on a read, not all do, so it may not be relied on. - -Other CPUs may also have split caches, but must coordinate between the various -cachelets for normal memory accesses. The semantics of the Alpha removes the -need for hardware coordination in the absence of memory barriers, which -permitted Alpha to sport higher CPU clock rates back in the day. However, -please note that (again, as of v4.15) smp_read_barrier_depends() should not -be used except in Alpha arch-specific code and within the READ_ONCE() macro. - - CACHE COHERENCY VS DMA ---------------------- @@ -3009,10 +2871,8 @@ caches with the memory coherence system, thus making it seem like pointer changes vs new data occur in the right order. The Alpha defines the Linux kernel's memory model, although as of v4.15 -the Linux kernel's addition of smp_read_barrier_depends() to READ_ONCE() -greatly reduced Alpha's impact on the memory model. - -See the subsection on "Cache Coherency" above. +the Linux kernel's addition of smp_mb() to READ_ONCE() on Alpha greatly +reduced its impact on the memory model. VIRTUAL MACHINE GUESTS diff --git a/Documentation/translations/ko_KR/memory-barriers.txt b/Documentation/translations/ko_KR/memory-barriers.txt index 34d041d68f78..a1f772ef622c 100644 --- a/Documentation/translations/ko_KR/memory-barriers.txt +++ b/Documentation/translations/ko_KR/memory-barriers.txt @@ -577,7 +577,7 @@ ACQUIRE 는 해당 오퍼레이션의 로드 부분에만 적용되고 RELEASE 데이터 의존성 배리어 (역사적) ----------------------------- -리눅스 커널 v4.15 기준으로, smp_read_barrier_depends() 가 READ_ONCE() 에 +리눅스 커널 v4.15 기준으로, smp_mb() 가 DEC Alpha 용 READ_ONCE() 코드에 추가되었는데, 이는 이 섹션에 주의를 기울여야 하는 사람들은 DEC Alpha 아키텍쳐 전용 코드를 만드는 사람들과 READ_ONCE() 자체를 만드는 사람들 뿐임을 의미합니다. 그런 분들을 위해, 그리고 역사에 관심 있는 분들을 위해, 여기 데이터 의존성 @@ -2664,144 +2664,6 @@ CPU 코어는 프로그램의 인과성이 유지된다고만 여겨진다면 수도 있습니다. -캐시 일관성 ------------ - -하지만 삶은 앞에서 이야기한 것처럼 단순하지 않습니다: 캐시들은 일관적일 것으로 -기대되지만, 그 일관성이 순서에도 적용될 거라는 보장은 없습니다. 한 CPU 에서 -만들어진 변경 사항은 최종적으로는 시스템의 모든 CPU 에게 보여지게 되지만, 다른 -CPU 들에게도 같은 순서로 보이게 될 거라는 보장은 없다는 뜻입니다. - - -두개의 CPU (1 & 2) 가 달려 있고, 각 CPU 에 두개의 데이터 캐시(CPU 1 은 A/B 를, -CPU 2 는 C/D 를 갖습니다)가 병렬로 연결되어 있는 시스템을 다룬다고 생각해 -봅시다: - - : - : +--------+ - : +---------+ | | - +--------+ : +--->| Cache A |<------->| | - | | : | +---------+ | | - | CPU 1 |<---+ | | - | | : | +---------+ | | - +--------+ : +--->| Cache B |<------->| | - : +---------+ | | - : | Memory | - : +---------+ | System | - +--------+ : +--->| Cache C |<------->| | - | | : | +---------+ | | - | CPU 2 |<---+ | | - | | : | +---------+ | | - +--------+ : +--->| Cache D |<------->| | - : +---------+ | | - : +--------+ - : - -이 시스템이 다음과 같은 특성을 갖는다 생각해 봅시다: - - (*) 홀수번 캐시라인은 캐시 A, 캐시 C 또는 메모리에 위치할 수 있음; - - (*) 짝수번 캐시라인은 캐시 B, 캐시 D 또는 메모리에 위치할 수 있음; - - (*) CPU 코어가 한개의 캐시에 접근하는 동안, 다른 캐시는 - 더티 캐시라인을 - 메모리에 내리거나 추측성 로드를 하거나 하기 위해 - 시스템의 다른 부분에 - 액세스 하기 위해 버스를 사용할 수 있음; - - (*) 각 캐시는 시스템의 나머지 부분들과 일관성을 맞추기 위해 해당 캐시에 - 적용되어야 할 오퍼레이션들의 큐를 가짐; - - (*) 이 일관성 큐는 캐시에 이미 존재하는 라인에 가해지는 평범한 로드에 의해서는 - 비워지지 않는데, 큐의 오퍼레이션들이 이 로드의 결과에 영향을 끼칠 수 있다 - 할지라도 그러함. - -이제, 첫번째 CPU 에서 두개의 쓰기 오퍼레이션을 만드는데, 해당 CPU 의 캐시에 -요청된 순서로 오퍼레이션이 도달됨을 보장하기 위해 두 오퍼레이션 사이에 쓰기 -배리어를 사용하는 상황을 상상해 봅시다: - - CPU 1 CPU 2 COMMENT - =============== =============== ======================================= - u == 0, v == 1 and p == &u, q == &u - v = 2; - smp_wmb(); v 의 변경이 p 의 변경 전에 보일 것을 - 분명히 함 - <A:modify v=2> v 는 이제 캐시 A 에 독점적으로 존재함 - p = &v; - <B:modify p=&v> p 는 이제 캐시 B 에 독점적으로 존재함 - -여기서의 쓰기 메모리 배리어는 CPU 1 의 캐시가 올바른 순서로 업데이트 된 것으로 -시스템의 다른 CPU 들이 인지하게 만듭니다. 하지만, 이제 두번째 CPU 가 그 값들을 -읽으려 하는 상황을 생각해 봅시다: - - CPU 1 CPU 2 COMMENT - =============== =============== ======================================= - ... - q = p; - x = *q; - -위의 두개의 읽기 오퍼레이션은 예상된 순서로 일어나지 못할 수 있는데, 두번째 CPU -의 한 캐시에 다른 캐시 이벤트가 발생해 v 를 담고 있는 캐시라인의 해당 캐시에의 -업데이트가 지연되는 사이, p 를 담고 있는 캐시라인은 두번째 CPU 의 다른 캐시에 -업데이트 되어버렸을 수 있기 때문입니다. - - CPU 1 CPU 2 COMMENT - =============== =============== ======================================= - u == 0, v == 1 and p == &u, q == &u - v = 2; - smp_wmb(); - <A:modify v=2> <C:busy> - <C:queue v=2> - p = &v; q = p; - <D:request p> - <B:modify p=&v> <D:commit p=&v> - <D:read p> - x = *q; - <C:read *q> 캐시에 업데이트 되기 전의 v 를 읽음 - <C:unbusy> - <C:commit v=2> - -기본적으로, 두개의 캐시라인 모두 CPU 2 에 최종적으로는 업데이트 될 것이지만, -별도의 개입 없이는, 업데이트의 순서가 CPU 1 에서 만들어진 순서와 동일할 -것이라는 보장이 없습니다. - - -여기에 개입하기 위해선, 데이터 의존성 배리어나 읽기 배리어를 로드 오퍼레이션들 -사이에 넣어야 합니다 (v4.15 부터는 READ_ONCE() 매크로에 의해 무조건적으로 -그렇게 됩니다). 이렇게 함으로써 캐시가 다음 요청을 처리하기 전에 일관성 큐를 -처리하도록 강제하게 됩니다. - - CPU 1 CPU 2 COMMENT - =============== =============== ======================================= - u == 0, v == 1 and p == &u, q == &u - v = 2; - smp_wmb(); - <A:modify v=2> <C:busy> - <C:queue v=2> - p = &v; q = p; - <D:request p> - <B:modify p=&v> <D:commit p=&v> - <D:read p> - smp_read_barrier_depends() - <C:unbusy> - <C:commit v=2> - x = *q; - <C:read *q> 캐시에 업데이트 된 v 를 읽음 - - -이런 부류의 문제는 DEC Alpha 계열 프로세서들에서 발견될 수 있는데, 이들은 -데이터 버스를 좀 더 잘 사용해 성능을 개선할 수 있는, 분할된 캐시를 가지고 있기 -때문입니다. 대부분의 CPU 는 하나의 읽기 오퍼레이션의 메모리 액세스가 다른 읽기 -오퍼레이션에 의존적이라면 데이터 의존성 배리어를 내포시킵니다만, 모두가 그런건 -아니기 때문에 이점에 의존해선 안됩니다. - -다른 CPU 들도 분할된 캐시를 가지고 있을 수 있지만, 그런 CPU 들은 평범한 메모리 -액세스를 위해서도 이 분할된 캐시들 사이의 조정을 해야만 합니다. Alpha 는 가장 -약한 메모리 순서 시맨틱 (semantic) 을 선택함으로써 메모리 배리어가 명시적으로 -사용되지 않았을 때에는 그런 조정이 필요하지 않게 했으며, 이는 Alpha 가 당시에 -더 높은 CPU 클락 속도를 가질 수 있게 했습니다. 하지만, (다시 말하건대, v4.15 -이후부터는) Alpha 아키텍쳐 전용 코드와 READ_ONCE() 매크로 내부에서를 제외하고는 -smp_read_barrier_depends() 가 사용되지 않아야 함을 알아두시기 바랍니다. - - 캐시 일관성 VS DMA ------------------ @@ -2962,10 +2824,8 @@ Alpha CPU 의 일부 버전은 분할된 데이터 캐시를 가지고 있어서 데이터의 발견을 올바른 순서로 일어나게 하기 때문입니다. 리눅스 커널의 메모리 배리어 모델은 Alpha 에 기초해서 정의되었습니다만, v4.15 -부터는 리눅스 커널이 READ_ONCE() 내에 smp_read_barrier_depends() 를 추가해서 -Alpha 의 메모리 모델로의 영향력이 크게 줄어들긴 했습니다. - -위의 "캐시 일관성" 서브섹션을 참고하세요. +부터는 Alpha 용 READ_ONCE() 코드 내에 smp_mb() 가 추가되어서 메모리 모델로의 +Alpha 의 영향력이 크게 줄어들었습니다. 가상 머신 게스트 |