具备内存序违规自动修复能力的处理器是否无需软件内存屏障？

问题背景 #

根据《并行编程难吗？若难该如何应对？》附录C的内容，程序员需要手动添加软件内存屏障，以避免存储缓冲区和失效队列引发的内存序违规问题。但英特尔软件优化手册及perfmon中提及了MACHINE_CLEARS.MEMORY_ORDERING特性：该特性会在内存读取可能不符合x86架构内存序规则时自动刷新流水线。

内存序机器清除的触发场景为：探听请求发生且处理器不确定能否维持内存序时。举例来说，程序顺序中先加载地址X再加载地址Y，两个加载均已发出，但Y的加载先完成，后续依赖操作继续执行，而X的加载仍在等待数据；此时另一处理器向Y地址写入并触发对Y的探听，这会导致Y的加载读取到旧值，且因X加载未完成引发序问题，处理器需回滚Y加载后的所有操作以读取写入后的数据（若无未完成的读取则无需回滚）。

结论：不能，软件内存屏障仍必不可少 #

原因如下：

• 性能损耗不可接受：机器清除是处理器回滚流水线、重新执行指令的补救措施，每次触发都会带来巨大的性能开销——丢弃已执行操作、刷新流水线、重新读取内存，频繁触发会让程序性能暴跌。软件内存屏障的核心作用之一就是提前规避触发机器清除的场景，从根源上消除这种性能损耗。
• 无法覆盖所有内存序需求：MACHINE_CLEARS.MEMORY_ORDERING仅处理x86默认内存序（TSO，总存储序）内的异常情况，但并行程序往往需要更强的内存约束。比如要保证某个存储操作对其他处理器可见后再执行后续加载，或者需要跨线程的可见性保证——这些场景下硬件自动修复机制无能为力，必须依靠软件内存屏障（如mfence、lfence、sfence，或C++中的std::memory_order约束）来确保逻辑正确性。
• 架构兼容性要求：仅依赖英特尔的该特性，代码在不支持该功能的x86处理器（如老型号、部分AMD处理器）上运行时，会直接出现内存序违规的逻辑错误，导致程序行为异常。软件内存屏障是符合x86架构标准的通用方案，能保证代码在所有合规x86平台上正常运行。
• 无法约束编译重排：处理器的自动修复只处理硬件层面的内存序问题，但编译器优化阶段可能会进行指令重排，这完全不受硬件机制约束。比如编译器可能将加载Y的指令移到加载X之前，此时硬件机器清除机制不会触发，但程序逻辑已违反预期顺序。软件内存屏障可以阻止编译器这类有害重排，这是硬件机制无法替代的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Frontier_Setter