1.前言
Atomicity是內存訪問的一個屬性，描述為原子性訪問，包括single-copy atomicity和multi-copy atomicity
2.基本概念
- observer
可以發起對memory read/write訪問的都是observer
- Coherent order
全局一致性，即shareability domain中所有的observer觀察到的對同個內存位置的全局的一致的寫入動作（順序）；
注[1]：屬於同一個shareability domain的observers共享memory space，並且能夠對同一個地址的memory進行操作。
下面我們用一個具體的例子來說明什么是“single total order”。假設系統中有四個cpu core，分別執行同樣的代碼：cpux給一個全局變量A賦值為x，然后不斷對A進行觀察（即load操作）。在這個例子中A分別被四個CPU設定了1、 2、3、4的值，當然，先賦值的操作結果會被后來賦值操作覆蓋，最后那個執行的write操作則決定了A變量最后的賦值。假設一次運行后，cpu 1看到的序列是{1,2}，cpu 2看到的序列是{2}，cpu 3看到的序列是{3,2}，cpu 4看到的序列是{4,2}，那么所有的cpu看到的順序都是符合一個全局的順序{3,1,4,2}，而各個CPU並沒有能夠觀察到全部的中間過程，但是沒 有關系，至少各個cpu觀察的結果和那個全局順序是一致的（consistent）。如果cpu 1看到的序列是{2,1}，那么就不存在一個一致性的全局順序了，也就不是coherent order了
- Atomicity
是內存訪問的一個屬性，描述為原子性訪問，包括single-copy atomicity和multi-copy atomicity
單核系統上用single-copy atomicity描述內存訪問的原子性，多核系統用multi-copy atomicity描述內存訪問的原子性
- Single-copy
訪存指令只會訪問一次內存。
注[1]：當PE訪問內存的時候，例如load指令，這時候會有數據從memory copy到寄存器的動作，如果該指令的內存訪問只會觸發一次copy的動作，那么就是single-copy。對於加載奇數地址開始的2Byte load指令，其實該指令實際在執行的時候會觸發兩次的copy動作，那么就不是single-copy，而是multi-copy的（注意：這里的multi-copy並非Multi-copy atomicity中的Multi-copy，后文會描述;
- Single-copy atomic
Single-copy atomicity描述的是單核內存訪問指令操作的原子性，分為兩部分：
（1） Single-copy atomicity store overlap store
兩個store指令並行操作同一個內存位置，一個store看到的是要么另一個sotre已經執行完畢，要么還沒有執行，不會看到執行的中間結果；
例如：有兩個store操作，分別是A和B，那么A操作會將所有的bits作為一個原子的、不可分割的整體store，且store過程要么是在B store之前，要么是B store之后
（2） Single-copy atomicity store overlap load
Store和load如果並行執行，則對load而言要么是store之前的結果，要么是store之后的結果，不會看到中間結果（英文與此有出入？）
注[1]：overlap指的是並行的意思，兩條指令並行;
overlapping byte則指內存操作有重疊的部分。例如加載0x000地址的4-Byte到寄存器和加載0x02地址2-Byte有2個字節的重疊;
原文中"all of the writes from one of the stores ”這里all of the writes是指本次store操作中所涉及的每一個bit，這些bits是一個不可分隔的整體，插入到Coherence order操作序列中
- Single-copy atomicity規則
某個異常級別的內存訪問遵循如下規則：
（1）對齊的load或者store操作是Single-copy atomicity的。針對byte的內存操作總是Single-copy atomicity的，2個Bytes的load或者store操作如果地址對齊在2上，那么也是Single-copy atomicity的。其他的可以以此類推；
（2）load pair和store pair指令，如果每個load地址都是對齊的，則被視為兩個single-copy atomic read；
（3）Load-Exclusive Pair（加載2個32-bit）指令和Store-Exclusive Pair（寫入2個32-bit數據）指令是Single-copy atomicity的
（4）Load-Exclusive/Store-Exclusive pair（加載/存儲2個64-bit）中的Store-Exclusive執行成功，會將整個內存位置都更新(？？？)
（5）translation table walks read a translation table entry是single-copy atomictiy的（指頁表查找過程中讀取一個頁表項是原子的）
（6）向(從)小於等於64bits的浮點或SIMD寄存器load(store)一定數量的數據，如果這些數量的數據被對齊到load(sotre)地址就是single-copy atomicity
（7）向(從)浮點或SIMD寄存器load(store)一個128bit的值，如果load(sotre)地址是64bit對齊的，可以認為是兩個single-copy atomicity
- Multy-copy
指訪存指令會多次訪問內存，如從奇數地址讀2字節到寄存器
注[1]：此與下面的Multy-copy atomicity中的Multy-copy不是一個含義，此處的Multy-copy指的是多次拷貝，Multy-copy atomicity中的Multy-copy指的是多核拷貝的意思，如：系統中有多個CPU core，每一個core都可以對內存系統中的某個特定的地址發起寫入操作，系統中有n個CORE，那么就有可能有n個寄存器到memory的copy動作。
- Multy-copy atomicity
Multy-copy atomicity定義的是multiprocessing 環境下，多個store操作的順序問題以及多個observer之間的交互問題，與single-copy atomicity不是對立的，是兩個不同的東西。滿足如下條件就認為是multi-copy atomicity：
（1） 系統中對同一個地址的memory的store操作是串行化的，也就是說，對於所有的observer而言，它們觀察到的寫入操作順序就是相同的一個序列。這個串行化要求比較狠，高於coherent的要求(???)，也就是說，如果系統中的write操作不是coherent的（多個核上的訪存指令對這個內存位置都是coherent oreder？？？），那么也就不是Multi-copy atomicity的。
（2）對一個地址進行的load操作會被block，直到對該地址的寫對所有的observer都是可見的(怎么才算可見？？)
3. 基本規則
- Single-copy atomicity規則
某個異常級別的內存訪問遵循如下規則：
（1）對齊的load或者store操作是Single-copy atomicity的。針對byte的內存操作總是Single-copy atomicity的，2個Bytes的load或者store操作如果地址對齊在2上，那么也是Single-copy atomicity的。其他的可以以此類推；
（2）load pair和store pair指令，如果每個load地址都是對齊的，則被視為兩個single-copy atomic read；
（3）Load-Exclusive Pair（加載2個32-bit）指令和Store-Exclusive Pair（寫入2個32-bit數據）指令是Single-copy atomicity的
（4）Load-Exclusive/Store-Exclusive pair（加載/存儲2個64-bit）中的Store-Exclusive執行成功，會將整個內存位置都更新(？？？)
（5）translation table walks read a translation table entry是single-copy atomictiy的（指頁表查找過程中讀取一個頁表項是原子的）
（6）向(從)小於等於64bits的浮點或SIMD寄存器load(store)一定數量的數據，如果這些數量的數據被對齊到load(sotre)地址就是single-copy atomicity
（7）向(從)浮點或SIMD寄存器load(store)一個128bit的值，如果load(sotre)地址是64bit對齊的，可以認為是兩個single-copy atomicity
- Multy-copy atomicity規則
（1）對於normal memory，寫入操作不需要具備Multi-copy atomicity的特性？？？。
（2）如果是Device類型的memory，並且具備non-Gathering的屬性，所有符合Single-copy atomicity要求的write操作指令也都是Multi-copy atomicity的
（3）如果是Device類型的memory，並且具備Gathering的屬性，寫入操作不需要具備Multi-copy atomicity的特性？？？
5.參考文檔
[1] DDI0487A_k_armv8_arm_iss10775.pdf
[2] ARMv8之Atomicity