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内存一致性模型与排序

共计 30 章节

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学习目标 · 核心概念 · 整体框架

课程导入学习目标

现代CPU缓存层次结构 · 缓存一致性协议（MESI等）与内存排…

硬件基础CPU

编译器与CPU重排序

指令重排序的类型（编译器重排 · CPU乱序执行 · 存储缓冲等）及其对程序可见性的影响

顺序一致性模型

定义 · 形式化描述 · 示例

顺序一致性模型定义

放松一致性模型

TSO（Total Store Or… · x86架构下的内存排序行为与stor…

放松一致性模型TSO

放松一致性模型

ARM/POWER架构的弱内存模型 · 包括acquire/release · relaxed操作及多拷贝原子性

放松一致性模型ARM/POWER

内存屏障（Memory Barrier）

屏障类型（lfence · sfence · mfence

原子操作与内存序

C++11/C11内存序（memor… · consume · acquire

原子操作内存序

C++内存模型详解

happens-before关系 · synchronizes-with · dependency-ordered…

C++内存模型详解

Java内存模型（JMM）

JMM的happens-before… · volatile与final语义 · 与C++内存模型的对比

Rust内存模型

Rust的Send/Sync · 原子类型与内存序支持 · 以及所有权系统如何简化并发安全

Rust内存模型

锁与内存序

互斥锁 · 读写锁 · 自旋锁的实现中如何利用内存屏障和原子…

内存序互斥锁

无锁编程基础

无锁数据结构（栈 · 队列 · 链表）中的内存序选择与ABA问题

无锁编程基础无锁数据结构

内存序与性能

不同内存序对性能的影响 · 如何权衡正确性与性能 · 常见优化技巧

内存序性能

x86平台下使用C++实现一个无锁队… · 分析内存序选择与性能调优

案例实战x86

ARM平台下使用C++实现一个基于a… · 对比x86差异

案例实战ARM

Java中使用volatile和At… · 验证JMM语义

案例实战Java

Rust中使用AtomicUsize… · 利用编译期保证避免数据竞争

案例实战Rust

内存序使用不当导致的bug（如丢失更… · 可见性失败 · 死锁）及调试方法

常见问题bug

内存屏障与原子操作混用时的陷阱 · 以及如何避免过度同步

常见问题内存屏障

弱内存模型下的重排序导致难以复现的并… · 如何用工具（TSan · herdtools）检测

常见问题弱内存模型下的重…

工具与验证

使用C++原子类型与内存序的静态分析… · GenMC）验证模型正确性

工具与验证

使用Linux内核的kcsan和kt… · 以及用户态TSan的使用

非原子变量的数据竞争与未定义行为 · 以及如何通过内存序避免

高级主题非原子变量的数据…

内存模型与缓存一致性协议的关系 · 以及硬件如何实现不同内存序

高级主题内存模型

持久化内存（PMEM）中的内存序与刷… · fence）对一致性的影响

高级主题PMEM

设计一个多线程生产者-消费者系统 · 要求在不同架构（x86/ARM）下正… · 使用合适的内存序

综合实战设计一个多线程生…

实现一个读写锁 · 比较基于原子操作和基于互斥锁的实现 · 分析内存序需求

综合实战实现一个读写锁

从零实现一个简单的内存模型模拟器 · 验证不同内存序下的重排序行为

综合实战从零实现一个简单…

回顾核心概念 · 常见误区 · 最佳实践

课程总结回顾核心概念