Мы уже умеем делать “многопоточные программы”: mmap(MAP_SHARED); fork().
Мы привыкли думать про компьютер как про машину фон Неймана: есть отдельные инструкции, которые выполняются в определённой последовательности, и результаты выполнения каждой “видны” всем последующим:
mov $3, x
mov x, %eax // очевидно, теперь eax == 3
Так мы всегда писали программы, так видели их в отладчике.
Можно было бы ожидать, что когда мы пишем многопоточную программу, то из инструкций отдельных потоков (перемежающихся в каком-то порядке) можно составить эквивалентную однопоточную:
CPU 1 CPU 2 Однопоточное исполнение
Sequential consistency
mov $3, x ----------------------------> mov $3, x
mov $4, y -------> mov $4, y
mov y, %eax --------------------------> mov y, %eax
mov x, %ecx ------> mov x, %ecx
Но оказывается, что на реальном процессоре может быть вот так:
// Thread 1 // Thread 2
// start with x == 0, y == 0
mov $1, x mov $2, y
mov y, %eax mov x, %ecx
// %eax == 0, %ecx == 0
Как ни перемежай эти инструкции, в однопоточной программе такой результат невозможен.
Дело в том, что мы для скорости добавляем в процессоры кэши:
Нашу любимую архитектуру x86 можно представить так (Total Store Order):
Возможно, один процессор записал в свой write buffer x=1 , другой y=2, но пока не записали это в общую память, а прочитали из общей памяти старые значения.
Тем не менее на x86 не может быть такого:
// start with x=0, y=0
// Thread 1 // Thread 2
x = 1 r1 = y
y = 1 r2 = x
// **r1 = 1, r2 = 0**
// более поздняя запись произошла,
// а более ранняя нет
Но такое может быть на архитектуре ARM:
