While running a piece of driver code on an AMD64 machine, it appears that there are issues related to cache consistency or out-of-order execution

While running a piece of driver code on an AMD64 machine, it appears that there are issues related to cache consistency or out-of-order execution. Are there any experienced engineers who can help analyze the cause?

Below is the C code for the corresponding function and the disassembled code of the compiled program.

static int check_status(struct cmd_dst *out)
{
        uint32_t loops = 0;

        printf("before loop, status is 0x%xn", out->status);

        while (*(volatile uint32_t *)&out->status) {
                _mm_pause();
                loops++;
        }

        if (out->status) {
                printf("status error with 0x%xn", out->status);
                return 1;
        }

        return 0;
}

int check_cmd{}
{
...
        if (out->status && check_status(out)) {
                printf("failed to execute cmd, status error 0x%xn", out->status);
        }
...
}



0x000000000002c1b9 <+297>:   nopl   0x0(%rax)
   0x000000000002c1c0 <+304>:   mov    0x0(%rbp),%eax
   0x000000000002c1c3 <+307>:   test   %eax,%eax
   0x000000000002c1c5 <+309>:   je     0x2c240 <check_cmd+432>
   0x000000000002c1c7 <+311>:   nopw   0x0(%rax,%rax,1)
   0x000000000002c1d0 <+320>:   pause
   0x000000000002c1d2 <+322>:   mov    0x0(%rbp),%eax
   0x000000000002c1d5 <+325>:   test   %eax,%eax
   0x000000000002c1d7 <+327>:   jne    0x2c1d0 <check_cmd+320>
   0x000000000002c1d9 <+329>:   mov    0x0(%rbp),%r9d
   0x000000000002c1dd <+333>:   test   %r9d,%r9d
   0x000000000002c1e0 <+336>:   jne    0x2c240 <check_cmd+432>
   0x000000000002c1e2 <+338>:   mov    0x1c(%rbx),%esi
   0x000000000002c1e5 <+341>:   xor    %r12d,%r12d
   0x000000000002c1e8 <+344>:   test   %esi,%esi
   0x000000000002c1ea <+346>:   js     0x2c111 check_cmd+129>
   0x000000000002c1f0 <+352>:   jmpq   0x2c120 <check_cmd+144>
   0x000000000002c1f5 <+357>:   nopl   (%rax)
   0x000000000002c1f8 <+360>:   mov    0x25cde1(%rip),%rax        # 0x288fe0
   0x000000000002c1ff <+367>:   mov    $0x3b6,%r8d
   0x000000000002c205 <+373>:   lea    0x50094(%rip),%rcx        # 0x7c2a0
   0x000000000002c20c <+380>:   lea    0x4f975(%rip),%rdx        # 0x7bb88
   0x000000000002c213 <+387>:   mov    $0x1,%esi
   0x000000000002c218 <+392>:   mov    $0xffffffea,%r12d
   0x000000000002c21e <+398>:   mov    (%rax),%rdi
   0x000000000002c221 <+401>:   xor    %eax,%eax
   0x000000000002c223 <+403>:   callq  0x5250 <__fprintf_chk@plt>
   0x000000000002c228 <+408>:   add    $0x8,%rsp
   0x000000000002c22c <+412>:   mov    %r12d,%eax

out->status points to a piece of DMA memory, initially containing a random number (this random number is actually the input data for the hardware each time the command is executed, and the input data is random each time. The hardware’s output is also written to this address). At some point, the hardware will write a 0 to out->status (indicating that the command has successfully executed). This write will only happen once and will not change afterward.
The program can be considered single-threaded, with no other thread operating on this memory region.

Under expected conditions, as long as the memory is non-zero, it will remain within the loop. Once the loop ends, this memory should be 0, therefore the function should only return 0.

However, during actual execution, it is observed that the function occasionally returns 1. At this point, printing status shows that it is the same as the value printed before the loop. After returning 1, logging out->status outside the function shows that it has become 0 again. What could be the possible reason for this?

The program’s log is as follows:

before loop, status is 0x83ae
status error with 0x83ae
failed to execute cmd, status error 0x0

Adding the volatile keyword to the access of out->status in the check after the loop makes the problem disappear:

if (*(volatile uint32_t *)&out->status) {
    printf("status error with 0x%xn", out->status);
    return 1;
}

Alternatively, inserting a memory barrier before the check also resolves the issue:

__sync_synchronize();
if (out->status) {
    printf("status error with 0x%xn", out->status);
    return 1;
}

I think the only plausible explanation for this phenomenon is out-of-order execution. From the disassembled instructions, the subsequent check also reads directly from the memory address, and its order is after the read within the while loop. Therefore, if the while loop reads a 0 and the if statement reads a non-zero value, it appears as though the read instruction in the if statement is executed before the read instruction in the while loop, leading to this result.

However, upon reviewing the AMD64 manual, I have not found any sections that support this explanation. The manual’s discussion on out-of-order execution pertains to rules when there is a dependency between reads and writes, and it does not seem to describe whether two read instructions from the same memory location could be executed out of order.

3

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật