Documentation/zh_CN/volatile-considered-harmful.txt

   1 Chinese translated version of Documentation/volatile-considered-harmful.txt
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   9 Maintainer: Jonathan Corbet <corbet@lwn.net>
  10 Chinese maintainer: Bryan Wu <bryan.wu@analog.com>
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  12 Documentation/volatile-considered-harmful.txt 的中文翻译
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  14 如果想评论或更新本文的内容，请直接联系原文档的维护者。如果你使用英文
  15 交流有困难的话，也可以向中文版维护者求助。如果本翻译更新不及时或者翻
  16 译存在问题，请联系中文版维护者。
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  18 英文版维护者： Jonathan Corbet <corbet@lwn.net>
  19 中文版维护者： 伍鹏  Bryan Wu <bryan.wu@analog.com>
  20 中文版翻译者： 伍鹏  Bryan Wu <bryan.wu@analog.com>
  21 中文版校译者： 张汉辉  Eugene Teo <eugeneteo@kernel.sg>
  22                杨瑞  Dave Young <hidave.darkstar@gmail.com>
  23 以下为正文
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  26 为什么不应该使用“volatile”类型
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  29 C程序员通常认为volatile表示某个变量可以在当前执行的线程之外被改变；因此，在内核
  30 中用到共享数据结构时，常常会有C程序员喜欢使用volatile这类变量。换句话说，他们经
  31 常会把volatile类型看成某种简易的原子变量，当然它们不是。在内核中使用volatile几
  32 乎总是错误的；本文档将解释为什么这样。
  33
  34 理解volatile的关键是知道它的目的是用来消除优化，实际上很少有人真正需要这样的应
  35 用。在内核中，程序员必须防止意外的并发访问破坏共享的数据结构，这其实是一个完全
  36 不同的任务。用来防止意外并发访问的保护措施，可以更加高效的避免大多数优化相关的
  37 问题。
  38
  39 像volatile一样，内核提供了很多原语来保证并发访问时的数据安全（自旋锁, 互斥量,内
  40 存屏障等等），同样可以防止意外的优化。如果可以正确使用这些内核原语，那么就没有
  41 必要再使用volatile。如果仍然必须使用volatile，那么几乎可以肯定在代码的某处有一
  42 个bug。在正确设计的内核代码中，volatile能带来的仅仅是使事情变慢。
  43
  44 思考一下这段典型的内核代码：
  45
  46     spin_lock(&the_lock);
  47     do_something_on(&shared_data);
  48     do_something_else_with(&shared_data);
  49     spin_unlock(&the_lock);
  50
  51 如果所有的代码都遵循加锁规则，当持有the_lock的时候，不可能意外的改变shared_data的
  52 值。任何可能访问该数据的其他代码都会在这个锁上等待。自旋锁原语跟内存屏障一样—— 它
  53 们显式的用来书写成这样 —— 意味着数据访问不会跨越它们而被优化。所以本来编译器认为
  54 它知道在shared_data里面将有什么，但是因为spin_lock()调用跟内存屏障一样，会强制编
  55 译器忘记它所知道的一切。那么在访问这些数据时不会有优化的问题。
  56
  57 如果shared_data被声名为volatile，锁操作将仍然是必须的。就算我们知道没有其他人正在
  58 使用它，编译器也将被阻止优化对临界区内shared_data的访问。在锁有效的同时，
  59 shared_data不是volatile的。在处理共享数据的时候，适当的锁操作可以不再需要
  60 volatile —— 并且是有潜在危害的。
  61
  62 volatile的存储类型最初是为那些内存映射的I/O寄存器而定义。在内核里，寄存器访问也应
  63 该被锁保护，但是人们也不希望编译器“优化”临界区内的寄存器访问。内核里I/O的内存访问
  64 是通过访问函数完成的；不赞成通过指针对I/O内存的直接访问，并且不是在所有体系架构上
  65 都能工作。那些访问函数正是为了防止意外优化而写的，因此，再说一次，volatile类型不
  66 是必需的。
  67
  68 另一种引起用户可能使用volatile的情况是当处理器正忙着等待一个变量的值。正确执行一
  69 个忙等待的方法是：
  70
  71     while (my_variable != what_i_want)
  72         cpu_relax();
  73
  74 cpu_relax()调用会降低CPU的能量消耗或者让位于超线程双处理器；它也作为内存屏障一样出
  75 现，所以，再一次，volatile不是必需的。当然，忙等待一开始就是一种反常规的做法。
  76
  77 在内核中，一些稀少的情况下volatile仍然是有意义的：
  78
  79   - 在一些体系架构的系统上，允许直接的I/0内存访问，那么前面提到的访问函数可以使用
  80     volatile。基本上，每一个访问函数调用它自己都是一个小的临界区域并且保证了按照
  81     程序员期望的那样发生访问操作。
  82
  83   - 某些会改变内存的内联汇编代码虽然没有什么其他明显的附作用，但是有被GCC删除的可
  84     能性。在汇编声明中加上volatile关键字可以防止这种删除操作。
  85
  86   - Jiffies变量是一种特殊情况，虽然每次引用它的时候都可以有不同的值，但读jiffies
  87     变量时不需要任何特殊的加锁保护。所以jiffies变量可以使用volatile，但是不赞成
  88     其他跟jiffies相同类型变量使用volatile。Jiffies被认为是一种“愚蠢的遗留物"
  89     （Linus的话）因为解决这个问题比保持现状要麻烦的多。
  90
  91   - 由于某些I/0设备可能会修改连续一致的内存,所以有时,指向连续一致内存的数据结构
  92     的指针需要正确的使用volatile。网络适配器使用的环状缓存区正是这类情形的一个例
  93     子，其中适配器用改变指针来表示哪些描述符已经处理过了。
  94
  95 对于大多代码，上述几种可以使用volatile的情况都不适用。所以，使用volatile是一种
  96 bug并且需要对这样的代码额外仔细检查。那些试图使用volatile的开发人员需要退一步想想
  97 他们真正想实现的是什么。
  98
  99 非常欢迎删除volatile变量的补丁 － 只要证明这些补丁完整的考虑了并发问题。
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 101 注释
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 103
 104 [1] http://lwn.net/Articles/233481/
 105 [2] http://lwn.net/Articles/233482/
 106
 107 致谢
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 109
 110 最初由Randy Dunlap推动并作初步研究
 111 由Jonathan Corbet撰写
 112 参考Satyam Sharma，Johannes Stezenbach，Jesper Juhl，Heikki Orsila，
 113 H. Peter Anvin，Philipp Hahn和Stefan Richter的意见改善了本档。