计算机体系结构——存储器一致性模型——屏障指令

根据内存一致性模型，多核多线程的程序无约束执行的结果是不可确定的，因此为限制指令的执行顺序，便引入了特殊的存储器屏障指令（memory fence）。

FENCE指令用于屏障“数据”存储器访问的执行顺序。如果在程序中添加一条FENCE指令，则该FENCE能够保证“在FENCE前所有指令的数据访存结果”必须比“在FENCE后所有指令数据访存结果”先被观测到，即FENCE前的访存指令必须比FENCE后的访存指令先执行。

1. 不同存储模型下的用法

由于各个存储模型限制条件不同（各种内存一致性模型参见：https://blog.csdn.net/qq_39815222/article/details/107029271），fence的用法是不同的。

• 在TSO模型中
  内存屏障只需要在store-load时需要（写内存屏障）
• 在PSO模型中
  内存屏障需要在store-load，store-store时需要（写内存屏障）。对于PSO、TSO模型，最简单的一种方式是保证store buffer被清空时才继续往后执行。这样就能保证，与SC模型执行顺序一样。
• 在RMO模型中
  四种乱序情况都存在。此时读内存屏障就要保证前面的load指令要比后面的load/store指令先执行，不允许将对存储器的访存提前进行。

举例说明：

在这个例子中，C1执行S1和S2时，在S1和S2间加入一个写fence指令，要求C1按照SC模型执行store指令；同理C2执行L1和L2时，在L1和L2间加入一个读fence指令，要求C2按照SC模型执行load指令。这样就可以实现内存数据的一致性，最终的执行顺序为S1 S2 L1 L2。

2. RISC-V指令集中实现

以RISC-V指令集RV32I指令格式为例。

1. FENCE指令
   fence指令用于顺序话其他RISC-V线程，外部设备或者协处理器看到的设备I/O和存储器访问，即屏蔽"数据"存储器执行的顺序。
   如图，在所有前续集合（predecessor）执行到FENCE指令前的任何操作前，处于FENCE指令后的后续集合（successor）中的任何操作，都不能被其他任何RISC-V线程或者外部设备看到。即FENCE就像一个栅栏，FENCE之前所有的存储器操作、IO操作必须完成后，在FENCE指令之后的指令才能看到结果。
   
2. FENCE.I指令
   fence.i指令用于同步指令和数据流。RSIC-V并不能确保在同一条线程中，取指看得到前面对指令存储器的store，直到执行一条FENCE.I指令