6.57.22 Функции встроенной транзакционной памяти PowerPC

GCC предоставляет два интерфейса для доступа к инструкциям аппаратной транзакционной памяти (HTM), доступным на некоторых процессорах семейства PowerPC (например, POWER8). Два интерфейса представлены низкоуровневым интерфейсом, состоящим из встроенных функций, специфичных для PowerPC, и высокоуровневым интерфейсом, состоящим из встроенных функций, общих для PowerPC и S/390.

6.57.22.1 Встроенные функции низкого уровня PowerPC HTM

Следующие встроенные функции низкого уровня доступны с -mhtm или -mcpu=CPU, где CPU — `power8' или более поздняя версия. Все они генерируют машинные инструкции, являющиеся частью имени.

Встроенные функции HTM (за исключением __builtin_tbegin) возвращают полное значение регистра состояния 4-битного разряда, устанавливаемое связанной аппаратной инструкцией. Заголовочный файл htmintrin.h определяет некоторые макросы, которые можно использовать для расшифровки возвращаемого значения. Встроенная функция __builtin_tbegin возвращает простое значение «истина» или «ложь» в зависимости от того, была ли успешно начата транзакция или нет. Аргументы встроенных функций точно соответствуют типу и порядку операндов связанной аппаратной инструкции, за исключением встроенной функции __builtin_tcheck, которая не принимает входных аргументов. Обратитесь к руководству ISA для описания операндов каждой инструкции.

unsigned int __builtin_tbegin (unsigned int)
unsigned int __builtin_tend (unsigned int)

unsigned int __builtin_tabort (unsigned int)
unsigned int __builtin_tabortdc (unsigned int, unsigned int, unsigned int)
unsigned int __builtin_tabortdci (unsigned int, unsigned int, int)
unsigned int __builtin_tabortwc (unsigned int, unsigned int, unsigned int)
unsigned int __builtin_tabortwci (unsigned int, unsigned int, int)

unsigned int __builtin_tcheck (void)
unsigned int __builtin_treclaim (unsigned int)
unsigned int __builtin_trechkpt (void)
unsigned int __builtin_tsr (unsigned int)

В дополнение к вышеперечисленным встроенным функциям HTM, мы добавили встроенные функции для некоторых общих расширенных мнемоник инструкций HTM:

unsigned int __builtin_tendall (void)
unsigned int __builtin_tresume (void)
unsigned int __builtin_tsuspend (void)

Обратите внимание, что семантика вышеперечисленных встроенных функций HTM должна имитировать семантику блокировки, используемую для критических секций. Встроенные функции, используемые для создания новой транзакции или перезапуска приостановленной транзакции, должны иметь семантику приобретения блокировки, в то время как встроенные функции, завершающие или приостанавливающие транзакцию, должны иметь семантику освобождения блокировки. Конкретно, это должно имитировать семантику блокировки, как указано в C++11, например: приобретение блокировки — как будто выполняется __atomic_exchange_n(&globallock,1,__ATOMIC_ACQUIRE), возвращающая 0, а освобождение блокировки — как будто выполняется __atomic_store(&globallock,0,__ATOMIC_RELEASE), где globallock — неявная блокировка, определённая реализацией, используемая для всех транзакций. Инструкции HTM, связанные со встроенными функциями, изначально обеспечивают необходимые аппаратные барьеры приобретения и освобождения. Однако компилятор также должен быть запрещён от перемещения загрузок и сохранений через встроенные функции таким образом, чтобы нарушить их семантику. Это было достигнуто путём добавления барьеров памяти к связанным инструкциям HTM (это консервативный подход к обеспечению семантики приобретения и освобождения). Более ранние версии компилятора не рассматривали инструкции HTM как барьеры памяти. Был добавлен макрос __TM_FENCE__, который можно использовать для определения того, рассматривает ли текущий компилятор инструкции HTM как барьеры памяти или нет. Это позволяет пользователю явно добавлять барьеры памяти в свой код при использовании более старой версии компилятора.

Следующий набор встроенных функций позволяет получить доступ к специальным регистрам, специфичным для HTM.

unsigned long __builtin_get_texasr (void)
unsigned long __builtin_get_texasru (void)
unsigned long __builtin_get_tfhar (void)
unsigned long __builtin_get_tfiar (void)

void __builtin_set_texasr (unsigned long);
void __builtin_set_texasru (unsigned long);
void __builtin_set_tfhar (unsigned long);
void __builtin_set_tfiar (unsigned long);

Пример использования этих встроенных функций низкого уровня может выглядеть так:

#include <htmintrin.h>

int num_retries = 10;

while (1)
  {
    if (__builtin_tbegin (0))
      {
        /* Transaction State Initiated.  */
        if (is_locked (lock))
          __builtin_tabort (0);
        ... transaction code...
        __builtin_tend (0);
        break;
      }
    else
      {
        /* Transaction State Failed.  Use locks if the transaction
           failure is "persistent" or we've tried too many times.  */
        if (num_retries-- <= 0
            || _TEXASRU_FAILURE_PERSISTENT (__builtin_get_texasru ()))
          {
            acquire_lock (lock);
            ... non transactional fallback path...
            release_lock (lock);
            break;
          }
      }
  }

Была добавлена последняя встроенная функция, которая возвращает значение поля состояния транзакции 2-битного разряда регистра состояния машины (MSR), как хранится в CR0.

unsigned long __builtin_ttest (void)

Эта встроенная функция может использоваться для определения текущего состояния транзакции с помощью следующего примера кода:

#include <htmintrin.h>

unsigned char tx_state = _HTM_STATE (__builtin_ttest ());

if (tx_state == _HTM_TRANSACTIONAL)
  {
    /* Code to use in transactional state.  */
  }
else if (tx_state == _HTM_NONTRANSACTIONAL)
  {
    /* Code to use in non-transactional state.  */
  }
else if (tx_state == _HTM_SUSPENDED)
  {
    /* Code to use in transaction suspended state.  */
  }

6.57.22.2 Встроенные функции высокого уровня PowerPC HTM

Следующий высокоуровневый интерфейс HTM становится доступным путём включения <htmxlintrin.h> и использования -mhtm или -mcpu=CPU, где CPU — `power8' или более поздняя версия. Этот интерфейс является общим для PowerPC и S/390, что позволяет пользователям написать одну реализацию источника HTM, которая может быть скомпилирована и выполнена на любой из систем.

long __TM_simple_begin (void)
long __TM_begin (void* const TM_buff)
long __TM_end (void)
void __TM_abort (void)
void __TM_named_abort (unsigned char const code)
void __TM_resume (void)
void __TM_suspend (void)

long __TM_is_user_abort (void* const TM_buff)
long __TM_is_named_user_abort (void* const TM_buff, unsigned char *code)
long __TM_is_illegal (void* const TM_buff)
long __TM_is_footprint_exceeded (void* const TM_buff)
long __TM_nesting_depth (void* const TM_buff)
long __TM_is_nested_too_deep(void* const TM_buff)
long __TM_is_conflict(void* const TM_buff)
long __TM_is_failure_persistent(void* const TM_buff)
long __TM_failure_address(void* const TM_buff)
long long __TM_failure_code(void* const TM_buff)

Используя этот общий набор встроенных функций HTM, мы можем создать более портативную версию примера HTM в предыдущем разделе, которая будет работать как на PowerPC, так и на S/390:

#include <htmxlintrin.h>

int num_retries = 10;
TM_buff_type TM_buff;

while (1)
  {
    if (__TM_begin (TM_buff) == _HTM_TBEGIN_STARTED)
      {
        /* Transaction State Initiated.  */
        if (is_locked (lock))
          __TM_abort ();
        ... transaction code...
        __TM_end ();
        break;
      }
    else
      {
        /* Transaction State Failed.  Use locks if the transaction
           failure is "persistent" or we've tried too many times.  */
        if (num_retries-- <= 0
            || __TM_is_failure_persistent (TM_buff))
          {
            acquire_lock (lock);
            ... non transactional fallback path...
            release_lock (lock);
            break;
          }
      }
  }