耐心是一切聪明才智的基础。
-- 柏拉图
书接上回。ARMv8-A采用的是weakly ordered model。也就是说内存的真实访问顺序和程序的load/strore操作顺序并不完全一致。WO比SC松弛的多，编译器可以自由的改变load和store指令的次序，只要它们不跨越同步边界。在执行过程中，只要同步访问之间的次序得到保证，load和store指令的执行就可以改变次序或相互叠加，无需原子性的执行这些指令。WO比SC能提供更好的性能，但是，其代价必须是向硬件适当地标识和表示同步访问。
我们来看一下ARM为此做了什么。对于存储属性，ARM有如下定义：
- Cacheability：对于cacheable的存储位置，其数据可以放入cache内缓存；而对于non-cacheable，就不可以放入高速缓存了。
- Shareability：对于shareable的区域，意味着这块区域可以被多个处理器共享，也就是说需要有硬件保证访问这块区域的处理器之间保持一致性。
Armv8提供以下两种互斥的存储类型：
1. Normal memory
这种类型通常用于大容量内存操作，包括读/写和只读操作，一般指的是RAM，ROM这些。Normal memory可以通过weakly ordered来提高性能，并且编译器也能做更深层次的优化工作。为了提高性能，应用程序和数据总是被标记为Normal类型。但如果需要严格的存储器访问顺序，那需要用barrier操作来保障。
Normal memory类型具有以下属性：
- 对具有Normal属性的内存位置的写入在有限时间内完成。
- 对于Inner和Outer可缓存而言，对normal类型（non-cacheable或write-through cacheable）的内存位置的写入必须在有限时间内到达内存系统中该位置的端点。两次写入同一位置，其中至少有一次使用normal类型，那么两次写操作可以到达终结点之前被合并，除非两次写入之间存在排序关系。
- 如果系统配置为生成未对齐的内存访问，则未对齐的内存访问可以访问正常内存。
- 处理器以外的内存系统不需要能够识别多寄存器加载/存储指令访问的元素。
一般对于处理器来说，要指明缓存一致性实现在哪一层次的cache。在ARM中，可以通过innerdomain和outer domain属性。对于具有shareable属性的normal memory区域来说，会是下面几种情况之一：
- Inner shareable，意味着它适用于整个内部可共享域。这表示该domain内的处理器之间可以相互share数据。一个系统可以有多个inner shareable domains，并且当某个操作影响到其中一个innershareable domain时，它并不会影响到其它的inner shareable domain。
- Outer shareable，意味着它适用于内部可共享和外部可共享域。一个outer shareable domain可以由一个或多个innershareable domain组成，并且当一个操作影响到outer shareable domain时，也会影响到其下所有的inner shareable domain。
- Non-shareable，表示相关区域只能给指定的处理器访问。
- Full System，包含全部处理器。
图1 inner和outer shareable domain
上图的Full system可以理解为全局，即一个操作的影响会带给整个系统。
2. Device memory
ARM架构中禁止对Device memory进行任何推测性读取（speculative read）。Device memory一般就是外设的存储区域，对这些区域的读/写操作本应该更加严格。Device memory适用于读取敏感的位置（location）。在标记为Device memory区域运行代码的后果是不可预测的，可能导致取指令失败，也可能是权限错误。
Device memory又分为以下四种
- Device-nGnRnE
- Device-nGnRE
- Device-nGRE
- Device-GRE
其中的G代表的是gathering，nG就是non-Gathering。如果具有gathering属性，那么：
- 同一类型的多个存储访问（读或写）到同一个位置，可以合并到一个事务中。
- 同一类型的多个存储器访问（读或写），访问不同的位置，可以合并到互连网络上的单个内存事务中。
R代表的是Reordering，nR就是non-Reordering。如果具有reordering属性，那么对该区域的访问顺序可以重新排列，规则同访问Normal non-cacheable的重排规则一样。有一点需要注意，nR区域的大小是根据处理器的实现来决定的。
E代表的是Early Write Acknowledgement。在ARM的体系结构中，对于处理器的写操作，需要存储器的端点（endpoint）发出一个确认（acknowledgement）才能认为写操作完成。如果存储区域具有E属性，那么处理器写的内容缓存在某些地方时就可以得到一个确认，然后进行后续操作，不必等到真的写入外设，但是要保证两点：
- 只有写访问的端点返回访问的写确认。
- 存储系统中的任何较早点都不会返回写确认。
可以看出，对于上面的四种device memory来说，从上到下越来越严格。
最后再提一点。对于数据在内存中的存储顺序，有大小端之分。大端模式（Big-endian），是指数据的高字节，保存在内存的低地址中，而数据的低字节，保存在内存的高地址中，这样的存储模式有点儿类似于把数据当作字符串顺序处理，地址由小向大增加，而数据从高位往低位放。小端模式（Little-endian），是指数据的高字节保存在内存的高地址中，而数据的低字节保存在内存的低地址中，这种存储模式将地址的高低和数据位权有效地结合起来，高地址部分权值高，低地址部分权值低，和我们的逻辑方法一致。
图2 大端和小端
作者：老秦谈芯
来源：https://mp.weixin.qq.com/s/3LWyQddaolMlPhwnYkiSjA
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