cpu_relax( )-----对自选循环等待（spin-wait loops）操作的优化【转】

cpu_relax（）-----对自选循环等待（spin-wait loops）操作的优化

转自：http://www.doc100.net/bugs/t/173547/index.html

在lock_timer_base（）函数中看到在for循环操作中调用了cpu_relax（），本来以为是要让出CPU，调度其他进程运行，但是看代码之后发现完全不是这么回事。cpu_relax（）中只有一条调用语句，调用的是rep_nop函数。rep_nop（）函数如下：

static inline void rep_nop(void)
{
	asm volatile("rep; nop" ::: "memory");
}

只有一条简单的汇编语句，原来在论坛里看到过这条汇编语句，不是重复执行nop指令，"rep; nop"指令会被翻译成pause指令，到底是不是这样呢？反汇编一下看看，c代码如下：

#include <stdio.h>

static inline void rep_nop(void)
{
    asm volatile("rep; nop" ::: "memory");
}

int main(void)
{
    rep_nop();
    return 0;
}

文件名保存在nop.c，使用gcc编译成目标文件nop.o，命令如下：

gcc -c nop.c

使用objdump来反汇编，命令如下：

objdump -s -d nop.o

反汇编的结果如下图所示：

从图中可以看出"rep; nop"指令被翻译成pause指令，因此实际上rep_nop（）函数执行了一次pause指令。关于这条指令，intel的指令手册《Instruction Set Reference, M-Z》中讲的比较详细，这里总结一下。

pause指令的作用是:

1)提升spin-wait loops(自旋循环等待)的性能。在执行一个 spin-wait loops时，Pentium4处理会遇到严重的性能损失，因为在循环退出时，处理器会检测到一个可能的内存顺序冲突。pause指令会向处理器提供一种提示，告诉处理器当前所执行的代码序列是一个spin-wait loop操作。大多数情况下，处理器会根据这个提示避开内存序列冲突，从而提高处理器的性能。正是基于此，建议在spin-wait loop中使用pause指令。

2)pause指令的另外一个功能是让Pentium4处理器在执行spin-wait loop时可以减少电源的消耗。在等待资源而执行自旋等待时，Pentium4处理器以极快的速度执行自旋等待操作时，将会消耗很多电能，但使用pause指令则可以极大地减少处理器的电源消耗。

PAUSE 指令在 Pentium4 处理器中引入，但它也是向前兼容的。在早先的 IA-32 处理器里，PAUSE 指令实际上就相当于 NOP 指令。Pentium4 处理器以一种 预延迟(pre-defined delay)的技术来实现 PAUSE 指令。这种延迟也是有限度的，并且在一些处理器上是零延迟。该指令不会改变处理器的处理器的状态。

上面还提到一个概念就是内存顺序冲突（Memory order violation）。内存顺序冲突一般是由假共享引起，假共享是指多个CPU同时修改同一个缓存行的不同部分而引起的一个CPU的操作无效，当出现这个内存顺序冲突时，CPU必须清空流水线。

参考资料：

聊聊并发（五）——原子操作的实现原理

http://www.groad.net/bbs/read.php?tid-3373.html