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一、volatile介绍
volatile提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变#xff0c;因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候#xff0c;都会直接从变量地址中读取数据。如果没有volatile…转载https://blog.csdn.net/weixin_44363885/article/details/92838607
一、volatile介绍
volatile提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候都会直接从变量地址中读取数据。如果没有volatile关键字则编译器可能优化读取和存储可能暂时使用寄存器中的值如果这个变量由别的程序更新了的话将出现不一致的现象。下面举例说明。在DSP开发中经常需要等待某个事件的触发所以经常会写出这样的程序
short flag;
void test()
{do1();while(flag 0);do2();
}这段程序等待内存变量flag的值变为1(怀疑此处是0,有点疑问,)之后才运行do2()。变量flag的值由别的程序更改这个程序可能是某个硬件中断服务程序。例如如果某个按钮按下的话就会对DSP产生中断在按键中断程序中修改flag为1这样上面的程序就能够得以继续运行。但是编译器并不知道flag的值会被别的程序修改因此在它进行优化的时候可能会把flag的值先读入某个寄存器然后等待那个寄存器变为1。如果不幸进行了这样的优化那么while循环就变成了死循环因为寄存器的内容不可能被中断服务程序修改。为了让程序每次都读取真正flag变量的值就需要定义为如下形式
volatile short flag;需要注意的是没有volatile也可能能正常运行但是可能修改了编译器的优化级别之后就又不能正常运行了。因此经常会出现debug版本正常但是release版本却不能正常的问题。所以为了安全起见只要是等待别的程序修改某个变量的话就加上volatile关键字。
volatile的本意是“易变的”,由于访问寄存器的速度要快过RAM所以编译器一般都会作减少存取外部RAM的优化。比如
static int i 0;
int main()
{...while(1){if(i) do_something(); }
}/* interrupt service routine. */
void ISR_2(void)
{i 1;
}程序的本意是希望ISR_2中断产生时在main当中调用do_something函数但是由于编译器判断在main函数里面没有修改过i因此可能只执行一次对从i到某寄存器的读操作然后每次if判断都只使用这个寄存器里面的“i副本”导致do_something永远也不会被调用。如果变量加上volatile修饰则编译器保证对此变量的读写操作都不会被优化肯定执行。此例中i也应该如此说明。 一般说来volatile用在如下的几个地方 1、中断服务程序中修改的供其它程序检测的变量需要加volatile 2、多任务环境下各任务间共享的标志应该加volatile 3、存储器映射的硬件寄存器通常也要加volatile说明因为每次对它的读写都可能由不同意义 另外以上这几种情况经常还要同时考虑数据的完整性相互关联的几个标志读了一半被打断了重写在1中可以通过关中断来实现2中可以禁止任务调度3中则只能依靠硬件的良好设计了。
二、volatile 的含义
volatile总是与优化有关编译器有一种技术叫做数据流分析分析程序中的变量在哪里赋值、在哪里使用、在哪里失效分析结果可以用于常量合并常量传播等优化进一步可以死代码消除。但有时这些优化不是程序所需要的这时可以用volatile关键字禁止做这些优化volatile的字面含义是易变的它有下面的作用
1 不会在两个操作之间把volatile变量缓存在寄存器中。在多任务、中断、甚至setjmp环境下变量可能被其他的程序改变编译器自己无法知道volatile就是告诉编译器这种情况。
2 不做常量合并、常量传播等优化所以像下面的代码
volatile int i 1;
if(i 0)...if的条件不会当作无条件真。
3 对volatile变量的读写不会被优化掉。如果你对一个变量赋值但后面没用到编译器常常可以省略那个赋值操作然而对Memory Mapped IO的处理是不能这样优化的。 前面有人说volatile可以保证对内存操作的原子性这种说法不大准确其一x86需要LOCK前缀才能在SMP下保证原子性其二RISC根本不能对内存直接运算要保证原子性得用别的方法如atomic_inc。 对于jiffies它已经声明为volatile变量我认为直接用jiffies就可以了没必要用那种复杂的形式因为那样也不能保证原子性。 你可能不知道在Pentium及后续CPU中下面两组指令作用相同但一条指令反而不如三条指令快。
;指令1
inc jiffies
;指令2
mov jiffies, %eax
inc %eax
mov %eax, jiffies三、编译器优化 → C关键字volatile → memory破坏描述符
memory比较特殊可能是内嵌汇编中最难懂部分。为解释清楚它先介绍一下编译器的优化知识再看C关键字volatile。最后去看该描述符。
1、编译器优化介绍
内存访问速度远不及CPU处理速度为提高机器整体性能在硬件上引入硬件高速缓存Cache加速对内存的访问。另外在现代CPU中指令的执行并不一定严格按照顺序执行没有相关性的指令可以乱序执行以充分利用CPU的指令流水线提高执行速度。以上是硬件级别的优化。再看软件一级的优化一种是在编写代码时由程序员优化另一种是由编译器进行优化。编译器优化常用的方法有将内存变量缓存到寄存器调整指令顺序充分利用CPU指令流水线常见的是重新排序读写指令。对常规内存进行优化的时候这些优化是透明的而且效率很好。由编译器优化或者硬件重新排序引起的问题的解决办法是在从硬件或者其他处理器的角度看必须以特定顺序执行的操作之间设置内存屏障memory barrierlinux 提供了一个宏解决编译器的执行顺序问题。
void Barrier(void)这个函数通知编译器插入一个内存屏障但对硬件无效编译后的代码会把当前CPU寄存器中的所有修改过的数值存入内存需要这些数据的时候再重新从内存中读出。
2、C语言关键字volatile
C语言关键字volatile注意它是用来修饰变量而不是上面介绍的volatile表明某个变量的值可能在外部被改变因此对这些变量的存取不能缓存到寄存器每次使用时需要重新存取。该关键字在多线程环境下经常使用因为在编写多线程的程序时同一个变量可能被多个线程修改而程序通过该变量同步各个线程例如
DWORD __stdcall threadFunc(LPVOID signal)
{int* intSignal reinterpret_castint*(signal);*intSignal 2;while(*intSignal ! 1)sleep(1000);return 0;
}该线程启动时将intSignal置为2然后循环等待直到intSignal为1时退出。显然intSignal的值必须在外部被改变否则该线程不会退出。但是实际运行的时候该线程却不会退出即使在外部将它的值改为1看一下对应的伪汇编代码就明白了
mov ax,signal
lable:
if(ax ! 1)
gato label对于C编译器来说它并不知道这个值会被其他线程修改。自然就把它cache在寄存器里面。记住C 编译器是没有线程概念的这时候就需要用到volatile。volatile 的本意是指这个值可能会在当前线程外部被改变。也就是说我们要在threadFunc中的intSignal前面加上volatile关键字这时候编译器知道该变量的值会在外部改变因此每次访问该变量时会重新读取所作的循环变为如下面伪码所示
lable:
mov ax,signal
if(ax ! 1)
gato label3、Memory
有了上面的知识就不难理解Memory修改描述符了Memory描述符告知GCC 1不要将该段内嵌汇编指令与前面的指令重新排序也就是在执行内嵌汇编代码之前它前面的指令都执行完毕。 2不要将变量缓存到寄存器因为这段代码可能会用到内存变量而这些内存变量会以不可预知的方式发生改变因此GCC插入必要的代码先将缓存到寄存器的变量值写回内存如果后面又访问这些变量需要重新访问内存。 如果汇编指令修改了内存但是GCC 本身却察觉不到因为在输出部分没有描述此时就需要在修改描述部分增加“memory”告诉GCC 内存已经被修改GCC 得知这个信息后就会在这段指令之前插入必要的指令将前面因为优化Cache 到寄存器中的变量值先写回内存如果以后又要使用这些变量再重新读取。 使用“volatile”也可以达到这个目的但是我们在每个变量前增加该关键字不如使用“memory”方便。
