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diff --git a/docs/specs/atomics.md b/docs/specs/atomics.md deleted file mode 100644 index 841f287..0000000 --- a/docs/specs/atomics.md +++ /dev/null @@ -1,80 +0,0 @@ -# 原子操作与内存序 (Atomics & Memory Ordering) - -## 1. 目标 (Objective) - -为 LumeOS 在 RISC-V 弱内存模型 (RVWMO) 环境下提供一套安全、可控的原子操作库。本模块旨在通过封装 C++ `std::atomic` 风格的接口,强制开发者在进行无锁编程时显式考虑内存序 (Memory Ordering),以避免因指令重排导致的、难以复现的并发 Bug。 - -## 2. 前置依赖 (Dependencies) - -- **编译器支持:** 依赖 GCC/Clang 的 `__atomic_*` 内建函数。 - -## 3. 核心设计:`lume::atomic<T>` - -### 3.1 问题背景:弱内存模型 (RVWMO) - -RISC-V 采用弱内存模型,允许 CPU 和编译器进行激进的指令重排。在无锁数据结构(如 Per-CPU 缓存的无锁链表)中,如果仅使用简单的原子操作而没有指定正确的内存序,可能发生以下灾难: - -- **场景:** CPU A 分配一个新节点 `node`,填充其数据 `node->data = val`,然后通过原子交换将其链接到链表头 `head.exchange(node)`。 -- **风险:** CPU B 可能先观测到 `head` 指针的更新,但由于指令重排,`node->data` 的写入尚未对 CPU B 可见,导致 CPU B 读取到未初始化的垃圾数据。 - -`Spinlock` 内部的 `fence` 无法保护这种无锁路径。 - -### 3.2 解决方案:封装 `std::atomic` 风格接口 - -LumeOS 将提供 `lume::atomic<T>` 模板类,禁止直接使用 `__atomic_*` 内建函数。 - -1. **定义 `memory_order` 枚举:** - ```cpp - // in include/lume/atomic.h - namespace lume { - enum memory_order { - relaxed = __ATOMIC_RELAXED, - consume = __ATOMIC_CONSUME, - acquire = __ATOMIC_ACQUIRE, - release = __ATOMIC_RELEASE, - acq_rel = __ATOMIC_ACQ_REL, - seq_cst = __ATOMIC_SEQ_CST - }; - } - ``` - -2. **创建 `lume::atomic<T>` 模板类:** - ```cpp - // in include/lume/atomic.h - namespace lume { - template <typename T> - struct atomic { - T value; - - T load(memory_order order = seq_cst) const { - return __atomic_load_n(&value, order); - } - - void store(T desired, memory_order order = seq_cst) { - __atomic_store_n(&value, desired, order); - } - - T fetch_add(T arg, memory_order order = seq_cst) { - return __atomic_fetch_add(&value, arg, order); - } - // ... 其他 fetch_*, exchange, compare_exchange_strong 等方法 - }; - } - ``` - -3. **强制使用规范:** - 在 `00_conventions.md` 中明确规定:所有在多核间无锁共享的数据(如 `Frame::refcount`,PCP 链表头指针),其类型**必须**是 `lume::atomic<T>`,严禁使用原生类型或 `volatile`。 - - **示例 (PMM):** - ```cpp - // in mm/frame.h - #include <lume/atomic.h> - struct Frame { - lume::atomic<uint32_t> refcount; - // ... - }; - ``` - -## 4. 公共 API - -`lume::atomic<T>` 的 API 设计将严格对齐 C++ 标准库的 `std::atomic<T>`,降低学习成本。
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