memory consistency model

        定义了对于programmer和implementor来说，访问shared memory system的行为；

        对于programmer而言，他知道期望值是什么， 知道会返回什么样的数据；；

        对于implementro而言，他知道应该取怎么实现，知道需要提供什么样的数据；

shared memory的访问，会带来什么问题？

 本意是，想要在flag==SET时，获取r2的内容为NEW;
 但是如果core1 进行reorder, S2先执行，S1后执行，则可能拿到的数据为0（初始值）；

因为core可以进行重排序，因此，如果core c1先执行S2(有可能，因为两个store地址不同)，则可能会拿到r2=0, 而不是预期的new;

有哪些reorder memory access的方式？

•  store-store reordering

        如果一个core的write buffer不是fifo结构的，则两个store可能会被重排序；

        例如：

                如果第一个store在cache中是miss的，第二个是hit的；

                或者第二个store可以与更早的进行merge;

        所以，即使core是按照po的顺序来执行的，reorder也可能发生；

        对于单个thread而言，究竟以什么顺序执行无所谓，但是多余多线程，如上图所示，其执行的顺序，就会影响程序预期的结果；

• load-load reordering

        现代的动态调度的core, 可能执行顺序与po不同。例如，在上面的例子中，Core C2, 可能会先执行L1, 再执行L2, 抑或相反；

        对于单线程而言，这种乱序，不会有影响，因为其地址是不同的；

        对于多线程而言，如果两个core之间，存在相同地址的访问，则可能出现如图所示的各种执行顺序，对程序的执行结果，也会有相应影响；

• Load-store and store-load reordering.

        对于不同地址的store和load，也会发生乱序；

        考虑load，xxx, store, 乱序后，可能会有各种问题，例如load/store本来是受lock保护的，store是release lock, 如果交换了顺序，此load不再受保护；

        考虑store, xxx, load，如下图所示：

        store-load reorder, 会导致r1/r2的值，都读到0；
        这个例子，也是满足SWMR Invariant的，所以造成这个的原因，与coherence没关系；

        需要注意的是，store-load reordering, 可能也是因为FIFO write buffer的local bypassing造成的，所以，即使core是按照PO的顺序来执行，也可能导致程序未按照预期执行；

这些例子都引出一个问题：对于一段特定的programm order的程序，其具体的执行结果，是不确定的；Thus, we must consider non-determinism when defining shared memory behavior(因此，在定义共享内存行为时，我们必须考虑不确定性。)

        

什么是memory consistency model?

上面的例子说明了，share memory的具体行为是微妙的，所以这就使得解决：

• programmer可以预期怎样的行为；
• implementors可以做什么样的优化；

 这两个问题有了意义；

memory consistency model就是为了解决这两个问题；

• 它是定义了多线程访问share memory的一种规范；
• 对于多线程，如果给定了输入数据，它定义了load可能返回的值；
• 不同于单线程，多线程通常有多个正确的行为；

通常情况下, memory consistency model（MC）定义的rule支持两种规则:

• 需要服从MC的partiion
• 以及不需要服从MC的partition;

memory consistency model VS memery coherence

• coherence只是简单的提供给处理器piple一个抽象的memory system;
• 它自己并不能决定shared memory behavior, 而是要受pipeline的影响；
  • 例如，pipeline对memory operation进行了reorder, coherence即使工作正确，对share memory的操作也是错误的；
• In summary:
  • Cache coherence does not equal memory consistency. 
  • A memory consistency implementation can use cache coherence as a useful “black box.” 
  • consistency model由core pipeline与一致性协议相结合来实现;