一种跨平台的程序指令重排的验证方法与流程

1.本发明涉及计算机技术领域，具体来说是一种跨平台的程序指令重排的验证方法。


背景技术：

2.现代cpu一般采用流水线来执行指令，一般情况下一条指令的执行被分成：取指、译码、访存、执行、写回等若干个阶段，多条指令可以同时存在于流水线中，同时被执行，指令流水线是并行的，多条指令可以同时处于同一阶段，只要cpu的处理部件未被占满即可；因此，指令乱序就有可能产生了，乱序产生时代码执行的顺序就发生了颠倒，这一现象称之为指令重排。比如，程序存在两条先后顺序的赋值语句，后一条赋值语句就有可能先于前一条语句完成。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种跨平台的程序指令重排的验证方法。
4.为了实现上述目的，设计一种跨平台的程序指令重排的验证方法，该方法将两个应用进程对同一块共享内存读写并发操作，运行时写进程在某地址写数据时，读进程在该地址上追赶到写进程进行读操作，具体方法如下：写进程程序，主流程中执行两个步骤，第一进行data变量赋值操作，第二进行flag变量的赋值操作；读进程程序，主流程中执行两个步骤，第一判断flag变量是否就绪，第二进行data变量的读操作，检查data值和上一次读取值之差，差值不为1则表示指令重排。
5.本发明还包括如下优选的技术方案。
6.优选地，一种跨平台的程序指令重排的验证方法，还包括所述应用进程中的变量data和flag在内存实现中组成程序操作的最小单元，以便读写进程的使用，因此程序中使用结构体将两个变量组合成逻辑上的整体。
7.优选地，一种跨平台的程序指令重排的验证方法，还包括所述共享内存是一块大小固定且连续的共享内容，形同一块连续的数组。
8.优选地，一种跨平台的程序指令重排的验证方法，还包括所述的共享内存为首尾相接的环形结构。
9.一种跨平台的程序指令重排的验证方法，所述验证方法，具体如下：a.写进程负责内存数据的生成，写进程使用写指针操作共享内存，从第一位置开始，将data和flag赋一个相同的64位的long long类型值，使用相同的数值用于读进程进行数据判断，赋值完成后，写指针后移一位，同时，下一个位置的赋值递增一；b.读进程负责内存数据的读取，同时，通过对flag和data的数据检查，完成对程序运行状态的验证，判断进程运行过程中程序是否发生了指令重排，读进程使用读指针操作
共享内存，在读进程中设置一个变量predata,初始化0，该值记录每次读进程获取到的内存位置中的data值，供读进程进行数据正确性判断。
10.本发明同现有技术相比，其优点在于：1.不限于特定的程序运行环境，支持多种程序设计语言；2.通过共享内存使用，便于进程之间的数据同步；3.提出了内存中的data和flag同时设置为相同的数值的方式，简化了指令重排的结果验证。
附图说明
11.图1 为内存数据结构体图。
12.图2为共享内存结构图。
13.图3为正常的读取过程图。
14.图4为异常的读取过程图。
具体实施方式
15.参见图1，图1为内存数据结构体图，应用进程中的变量data和flag在内存实现中组成程序操作的最小单元，以便读写进程的使用，因此程序中使用结构体将两个变量组合成逻辑上的整体。
16.参见图2，图2为共享内存结构图，基于图1的内存数据结构体，创建一块大小固定且连续的共享内存，形同一块连续的数据，本方法中设置的创建大小为500万个结构体，约76mb内存空间，其中，当读写指针进行内存操作达到最后一个位置500万时，读写指针操作的下一位置为1，因此在逻辑上共享内存为首尾相接的环形结构。
17.针对上述方法的验证方法如下：（1）内存数据的生成写进程负责内存数据的生成，写进程使用写指针操作共享内存，从位置1开始，将data和flag赋一个相同的64位的long long类型值，使用相同的数值以便于读进程进行数据判断，赋值完成后，写指针后移一位，同时下一个位置的赋值递增1,；例如，位置1的data和flag值为1，则位置2的data和flag的值为2，依次类推。
18.当写指针写完位置500万时，下一个位置为位置1，data和flag的值为5000001，同时覆盖原位置1的data和flag数据，即写指针在循环写数据时，写入的数值是持续递增的，环形共享内存中data和flag的数值变化如表1所示:表1 内存中的数值 位置1的值位置2的值位置n的值位置5000000的值第1轮12n5000000第2轮1＋50000002＋5000000n＋50000005000000＋5000000第m轮1＋5000000*（m-1）2＋5000000*（m-1）n＋5000000*（m-1）5000000＋5000000*（m-1）
（2）内存数据的读取读进程负责读取内存中的数据，同时，通过对flag和data的数据检查，完成对程序运行状态的验证，判断进程运行过程中程序是否发生了指令重排，读进程使用读指针操作
共享内存，在读进程中设置一个变量为predata，初始化为0，该值记录每次读进程获取到的内存位置中的data值，供读进程进行数据正确性判断。
19.参见图3，图3为正常的读取过程图，在进程模型的操作流程中，写进程在完成data变量的赋值之后，再完成flag变量的赋值，读进程在判断flag变量就绪后，再读取data变量，当读指针当前读取的data和predata的差值为1，即data-predata=1时，表示读取的数值正确，指令执行正常。
20.否则参见图4，图4为异常的读取过程图，表示读取数据异常，发生了指令重排，同时错误预期内读取的data和predata的差值-4999999，即当前读指针获取data的是上一轮的数据值，而flag为当前这一轮的值，在异常的数据读取过程中，读进程在进行数据读取的那一时刻，读指针和写指针指向内存中的同一结构体，并且同时对内存进行操作。
21.为了验证上述方法，进行如下实施例验证。
实施例
22.实施环境：操作系统：openvms v8.4-2l1;cpu:hp integrity bl860ci6;程序开发语言：c语言。
23.实施过程：编写读写进程程序代码，其中读进程进行共享内存的创建。
24.验证时，先将实施环境中的共享内存清空，关闭其他的应用进程，读进程优先启动运行，启动完成后再启动运行写进程。
25.在实验环境执行读写进程验证程序，查看实验结果，读进程如发生异常读取，则在终端屏显上打印相关日志，如进程执行时在一定的时间内无异常读取的屏显日志，则认为读取数据正常，实验结果如表2所示：表2测试数据 predatadatadata-predata输出16768467562684676-4999999输出26772624262726243-4999999输出36781469162814692-4999999输出46951261064512611-4999999输出57158145966581460-4999999
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以上所述，仅为此发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案和新型的构思加于等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。