为何不该该使用“volatile”类型

如下文档来自于内核linux-2.6.32.6\Documentation\zh_CN\volatile-considered-harmful.txt

C程序员一般认为volatile表示某个变量能够在当前执行的线程以外被改变；所以，在内核

中用到共享数据结构时，经常会有C程序员喜欢使用volatile这类变量。换句话说，他们经

常会把volatile类型当作某种简易的原子变量，固然它们不是。在内核中使用volatile几

乎老是错误的；本文档将解释为何这样。

理解volatile的关键是知道它的目的是用来消除优化，实际上不多有人真正须要这样的应

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，这实际上是一个彻底

不一样的任务。用来防止意外并发访问的保护措施，能够更加高效的避免大多数优化相关的

问题。

像volatile同样，内核提供了不少原语来保证并发访问时的数据安全（自旋锁, 互斥量,内

存屏障等等），一样能够防止意外的优化。若是能够正确使用这些内核原语，那么就没有

必要再使用volatile。若是仍然必须使用volatile，那么几乎能够确定在代码的某处有一

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。

思考一下这段典型的内核代码：

    spin_lock(&the_lock);

    do_something_on(&shared_data);

    do_something_else_with(&shared_data);

    spin_unlock(&the_lock);

若是全部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

值。任何可能访问该数据的其余代码都会在这个锁上等待。自旋锁原语跟内存屏障同样—— 它

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。因此原本编译器认为

它知道在shared_data里面将有什么，可是由于spin_lock()调用跟内存屏障同样，会强制编

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。

若是shared_data被声名为volatile，锁操做将仍然是必须的。就算咱们知道没有其余人正在

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，

shared_data不是volatile的。在处理共享数据的时候，适当的锁操做能够再也不须要

volatile —— 而且是有潜在危害的。

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

该被锁保护，可是人们也不但愿编译器“优化”临界区内的寄存器访问。内核里I/O的内存访问

是经过访问函数完成的；不同意经过指针对I/O内存的直接访问，而且不是在全部体系架构上

都能工做。那些访问函数正是为了防止意外优化而写的，所以，再说一次，volatile类型不

是必需的。

另外一种引发用户可能使用volatile的状况是当处理器正忙着等待一个变量的值。正确执行一

个忙等待的方法是：

    while (my_variable != what_i_want)

        cpu_relax();

cpu_relax()调用会下降CPU的能量消耗或者让位于超线程双处理器；它也做为内存屏障同样出

现，因此，再一次，volatile不是必需的。固然，忙等待一开始就是一种反常规的作法。

在内核中，一些稀少的状况下volatile仍然是有意义的：

  - 在一些体系架构的系统上，容许直接的I/0内存访问，那么前面提到的访问函数可使用

    volatile。基本上，每个访问函数调用它本身都是一个小的临界区域而且保证了按照

    程序员指望的那样发生访问操做。

  - 某些会改变内存的内联汇编代码虽然没有什么其余明显的附做用，可是有被GCC删除的可

    能性。在汇编声明中加上volatile关键字能够防止这种删除操做。

  - Jiffies变量是一种特殊状况，虽然每次引用它的时候均可以有不一样的值，但读jiffies

    变量时不须要任何特殊的加锁保护。因此jiffies变量可使用volatile，可是不同意

    其余跟jiffies相同类型变量使用volatile。Jiffies被认为是一种“愚蠢的遗留物"

    （Linus的话）由于解决这个问题比保持现状要麻烦的多。

  - 因为某些I/0设备可能会修改连续一致的内存,因此有时,指向连续一致内存的数据结构

    的指针须要正确的使用volatile。网络适配器使用的环状缓存区正是这类情形的一个例

    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。

对于大多代码，上述几种可使用volatile的状况都不适用。因此，使用volatile是一种

bug而且须要对这样的代码额外仔细检查。那些试图使用volatile的开发人员须要退一步想一想

他们真正想实现的是什么。