指令获取访问传递锁定指令

Question

英特尔软件开发人员手册提到“指令获取和页表访问可以通过锁定指令”。这是什么意思，为什么重要？

有一篇文章说，许多Windows函数以MOV EDI,EDI指令开始，因为它对于安全的代码挂钩很有用：它可以原子地替换为两字节的相对跳转。但是如果对内存的提取访问可以“传递锁定的指令”，那么下面的情况是否可能发生呢？

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这样的事情也有可能发生吗？

• CPU0原子地用相对跳转替换MOV EDI,EDI指令
• 因为指令提取可以“传递锁定的指令”，所以从指令提取的上下文中可以认为指令的替换是非原子的，所以CPU1从陈旧指令和新指令中提取1个字节

摘自Intel64和IA-32体系结构软件开发人员手册，第3卷：“系统编程指南”

Answer 1

关于第二个场景--“传递一个锁定的指令”并不意味着它破坏了原子性。如果存储以原子方式写入这2个指令字节，那么在任何时候都不能只看到其中的一个（存储只会在完整的缓存线上操作--请注意，如果这2个字节被分割到2行上，它就不是原子的了）。它的意思是，为了尝试同步而放置的任何锁指令都不会阻止代码提取，所以就内存排序而言，它可以发生在代码提取之前或之后。

现在，关于第一个场景和一般的问题，请注意，在您的描述中没有锁定。您描述的情况是完全有效的，即使它是数据读取而不是代码读取-除了您自己强制执行的顺序之外，两个内核之间没有固有的顺序。为了执行这样的顺序，您可以开始使用屏障和信号量或任何其他方法，最终归结为一些锁阻塞CPU1，直到CPU0发出写操作完成的信号。

在这种情况下，数据读取将被锁阻塞，但是年轻的代码读取实际上可以获取旧数据，尽管您试图保护旧数据。然而，x86内核通常实现一种机制，称为SMC（自修改代码）flush--来自CPU0的存储窥探CPU1中的指令缓存，检测那里的陈旧代码，并且由于它不能知道这些代码在管道中的确切位置，或者已经产生了什么影响（就我们所知，那里可能有一条halt指令，或者更糟）--它只会刷新整个管道。确切的细节可能在不同的产品之间有所不同，但概念是非常古老的。

页面遍历的情况稍微复杂一点，但这里也有一种机制可以检测使用过程中的大多数修改情况--看看“TLB shootdown”。注意，在某些情况下，SMC和TLB在运行过程中的修改都是完全有效的，而且是有目的的（SMC经常用于JITting，页面遍历是一种在进程之间传递数据而不必复制数据的廉价方式）。