pthreads如何阻止编译器跨pthread_mutex_lock调用将变量缓存到寄存器

假设存在两个线程访问受锁保护的全局变量var，示例代码如下：

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
static int var;

void *thread1_func(void *ptr) {
    pthread_mutex_lock(&lock);
    var = var + 1;
    printf("Thread 1: %d\n", var);
    pthread_mutex_unlock(&lock);
}

int main() {
    pthread_t thread1;

    var = 0;
    pthread_create(&thread1, NULL, thread1_func, NULL);

    pthread_mutex_lock(&lock);
    printf("Thread 0: %d\n", var);
    pthread_mutex_unlock(&lock);

    pthread_join(thread1, NULL);

    return 0;
}

假设指令按如下顺序交错执行：

Thread 0:                                                  Thread 1:
1. var = 0;
2. pthread_create(&thread1, NULL, thread1_func, NULL);
                                                           3. pthread_mutex_lock(&lock);
                                                           4. var = var + 1;
                                                           5. printf("Thread 1: %d\n", var);
                                                           6. pthread_mutex_unlock(&lock);
7. pthread_mutex_lock(&lock);
8. printf("Thread 0: %d\n", var); // 预期打印1!
9. pthread_mutex_unlock(&lock);

C标准本身没有明确定义并发模型，所以理论上符合标准的C编译器允许跨pthread_mutex_lock()调用将var的值缓存到寄存器中，导致步骤8打印0，但实际pthreads API的实现都会采取措施避免该问题。

请问pthreads的实现是如何阻止编译器跨pthread_mutex_lock()调用将var的值缓存到寄存器的？请说明pthreads源码中向编译器传递相关信息的具体注解，可任选一种pthreads实现作答，例如面向aarch64架构编译的glibc。本题假设pthread_mutex_lock()定义在同一文件中，且编译器可证明其不会访问var。

我们以glibc的aarch64架构实现为例说明：

• glibc的pthread_mutex_lock、pthread_mutex_unlock等同步原语实现中，都会内嵌编译器内存屏障注解，最常见的形式是asm volatile ("" ::: "memory")。
• 该注解的作用是明确告知编译器：这段内嵌汇编代码可能读取或修改所有可见内存地址，因此编译器不能将这段代码前后的内存访问指令重排越过该屏障，也不能把屏障前缓存在寄存器中的变量值直接拿到屏障后使用，必须在屏障后重新从内存加载变量的最新值。
• 哪怕编译器可以证明pthread_mutex_lock本身的代码没有显式访问var，这个内存屏障注解也会强制编译器丢弃之前缓存的var寄存器值，在调用pthread_mutex_lock之后重新从内存读取var的最新值，因此步骤8必然能读到线程1修改后的值1。
• 除了编译器层面的内存屏障，同步原语实现中还会加入对应架构的CPU内存屏障指令（aarch64上为dmb/dsb指令），用来阻止CPU层面的指令重排，保证多核心的缓存一致性，避免其他核心的修改对当前核心不可见。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jorge