gcc : Built-in functions for atomic memory access

這一篇是研究Memory barrier的心得。研究的原因是因為在UEFI環境下使用multi-processor protocol 來驗證CPU design，過程用到了相關的gcc Atomic函式。Atomic 提供同步機制，使得在Multi-Processor/Multi-Thread的系統下操作同一塊memory, 各個Core的Cache都能確保和Memory同步。

這邊只是以軟體thread寫個應用程式作範例來解釋Memory barrier, 如果不使用Built-in functions for atomic memory access而將__sync_fetch_and_add(&count,1);改成count++, 則count結果會不正確。

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>

static int count = 0;

void *MyTest(void *arg)
{
        for (int i=0; i<20000; ++i)         
            __sync_fetch_and_add(&count, 1);
        return NULL;
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
        pthread_t Thread_Id[10];
        int i;

        for (i=0;i<10;++i)
                pthread_create(&Thread_Id[i], NULL, MyTest, NULL);
       
                // Wait until all threads have finished.
        for (i=0;i<10;++i)
                pthread_join(Thread_Id[i], NULL);
       
        printf("%d\n",count);
        return 0;
}

另外，__sync_synchronize (): This built-in function issues a full memory barrier.呼叫這個函式讓每個Core上的cache和memory同步。

<note> UEFI kernel提供EFI_MP_SERVICES_PROTOCOL，透過這個protocol,可以指定呼叫某個/或多個CORE (AP)分別執行特定的function，達到Multi-processing的效果。

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Ps. 在windows下測試，需要自行加入pthread這個library。
如果你用Dev-C++ 5.11, 在Project->Parameters->Add library or object 加入

"../../Program Files/Dev-Cpp/MinGW64/x86_64-w64-mingw32/lib/libpthread.a"

順便解釋一下我認知的procces/thread:

process: 在系統中被註冊要執行的程式，其擁有CPU的使用權和獨立的位址空間。
thread: 系統處理工作的基本單位，一個CPU核心在同一時間只能提供一個thread來執行process
Multi-Thread: 將多個thread同時assign給一個process
Multi-Process: 每個process都分到thread來處理