具有可能被处理器意外更改的值是否安全？

Question

例如，假设我有一个PageTable值并将其物理地址注册到 CR3 寄存器中。

#![no_std]

use {
    spinning_top::{const_spinlock, Spinlock},
    x86_64::structures::paging::PageTable,
};

// The physical address of `PML4` is registered with CR3 register.
static PML4: Spinlock<PageTable> = const_spinlock(PageTable::new());

PML4如果页面被访问，处理器会更改条目的已访问位。恐怕优化后的代码可能会使用存储在 CPU 寄存器或堆栈之一中的缓存值而不是内存中的实际值，从而导致使用该位的旧值。

在这种情况下，影响应该很小，我不在乎 Accessed 位。但是，一般来说，拥有一个处理器可能会意外更改的值（如 MMIO 和 DMA 缓冲区）或对此类值的引用是否安全？或者我应该每次通过带有read_volatile和的原始指针执行读-修改-写循环write_volatile？

Answer 1

由于您特别询问了“对此类值的引用”：如果您有&T, 并且在引用处于活动状态时T因任何原因发生变异，则程序将显示未定义的行为。

据我所知，Reference 中的文档在这一点上还没有最终确定，但原理是明确的。来自以下文档UnsafeCell：

如果您有引用 &T，那么通常在 Rust 中，编译器会根据 &T 指向不可变数据的知识执行优化。改变该数据，例如通过别名或通过将 &T 转换为 &mut T，被视为未定义行为。

和（编辑长度）：

如果您创建一个生命周期为 'a 的安全引用（一个 &T 或 &mut T 引用）并且可由安全代码访问，那么您不得以任何与 'a 的其余部分的引用相矛盾的方式访问数据。例如，这意味着如果您从 UnsafeCell 中获取 *mut T 并将其强制转换为 &T，则T 中的数据必须保持不可变，直到该引用的生命周期到期。

实际上，如果有&PML4或&mut PML4，则 的“易失性”属性PML4可以被视为通过“隐藏”别名的突变。

根据您的需要，您要么需要PML4通过 a通道访问read_volatile（这是安全的，因为read_volatile 总是将底层内存复制到不可变内存中）；然后你可以自由地给出对该副本的引用。或者你包装的东西成UnsafeCell<PML4>，在这种情况下访问仍然需要通过读取内部指针（挥发性与否）的值来实现，但至少你可以通过周围&UnsafeCell<PML4>。