muistibarrierit

Muistibarrierit ovat synkronointimekanismeja, joita käytetään kontrolloimaan muistitoimintojen niiden järjestystä sekä ohjelmassa että järjestelmän tasolla. Ne estävät sekä kääntäjän että suorittimen uudelleenjärjestelyn siten, että muistitoiminnot näytetään tapahtuvan tietyssä annetussa järjestyksessä. Tämä on tärkeää erityisesti rinnakkaisissa ohjelmissa ja laiteajureissa, joissa muistunojen näkyvyys ja peräkkäisyys vaikuttavat ohjelman oikeellisuuteen.

Muistibarrierit voidaan jaotella kahteen pääryhmään: ohjelmointikielitasolla toimivat kompilaattoribarrikset sekä laitteiston tasolla toimivat oikeat muistibarrierit eli fencing-mekanismit. Kompilaattoribarrikset varmistavat, että kääntäjä ei siirrä muistitoimintojen järjestystä kääntäjän optimoiden vuoksi, kun taas laitteistobarrikset (memory fences) varmistavat suorittimen ja muistivarastojen välisten operaatioiden oikean järjestyksen.

Yleisimpiä barrier-tyyppejä ovat full fence (kokonaismuistinrakennus), acquire-barrier, release-barrier sekä acquire-release-sekositus. Full fence estää sekä muistin lukemisen että kirjoittamisen uudelleenjärjestelyn barrierin ympärille, acquire-barrier rajoittaa myöhemmien muistitoimintojen siirtymistä barierin jälkeen, release-barrier estää barierin edeltäneiden toimintojen siirtymistä barierin jälkeen, ja acquire-release yhdistää molemmat. Joissain malleissa puhutaan myös vahvasta (sequentially consistent) mallista, jossa kaikkien operaatioiden näkyvyys on täysin järjestetty.

Arkkitehtuurikohtaiset esimerkit: x86-arkkitehtuurissa monet muistitoiminnot ovat vahvasti jäsennettyjä, mutta erikoistapauksissa käytetään MFENCE, LFENCE ja SFENCE -käskyjä. ARMilla käytetään DMB, DSB ja ISB -barriereja. Näitä käytetään esimerkiksi låtikeskusten lukijoiden ja kirjoittajien välisen konsistenssin turvaamiseen sekä laitteen ohjauslogiikoissa.

Kielimäärityksissä modernit ohjelmointikielet ja kirjastot tarjoavat atomisia operaatioita ja muistijärjestyksen valintoja (esim. C11/C++11 muistijärjestykset Acquisition, Release, Acquire-Release, Sequentially Consistent), jotka kytkeytyvät muistibarriereihin automaattisesti. Muistibarrierien oikea käyttö on keskeistä oikeellisuuden ja suorituskyvyn kannalta, erityisesti monisäikeisissä sovelluksissa ja järjestelmä-ohjelmoinnissa.