驱动程序将如何使用MONITOR指令（_mm_monitor内部函数）？

Question

我正在探索MONITOR指令（或等效本征，_mm_monitor）的用法。虽然我发现描述它们的文献，但我找不到有关如何使用它的具体示例/样本。

任何人都可以共享一个如何使用这个指令/内在的驱动程序的例子吗？本质上，我想用它来观看记忆范围。

Answer 1

monitor指令使用RAX/EAX/AX中指定的地址设置地址监视硬件。 ^{来自Intel的报价}
监视器的状态由指令mwait使用。

使用的有效地址大小（16,32或64位）取决于编码指令的有效地址大小（即，它可以用67h前缀覆盖，默认情况下它与代码大小相同） 。

rax/eax/ax中给出的地址是逻辑地址的偏移量部分，用于计算用于布​​防监视器的线性地址。
默认情况下，段部分为ds，段覆盖前缀可应用于更改段。
作为用于监视器的线性地址，分页不会影响监视。 ECX.MONITOR [位3] ：

的monitor（和mwait）指令的可用性由位CPUID.01H指示。
它是一个特权指令，但英特尔声称：

所述指令有条件地可用在水平大于0

所建议的方法更大的检测这样的条件是尝试执行monitor并处理最终的#UD异常（以自定义的方式将操作系统报告给用户级程序）。

被监控的地址范围必须是可回写缓存的。
由于涉及高速缓存和高速缓存一致性子系统，地址范围的大小根据最小和最大大小给出。
CPUID.01H：EAX [位15：0]给出了最小范围大小。这是由硬件监视器监视的区域的长度。然而，高速缓存一致性流量可能与更大尺寸的“块”（线）一起工作，并且如果后者被包括在前者中，则与被监视区域相邻的写入将触发它。
这产生了最大的范围大小，它可以在CPUID.01H：EBX [bit 15：0]中找到。
要正确使用monitor请确保所监视的数据结构符合最小范围大小，但也要确保没有代理在其最大范围大小范围内的地址旁写入数据。例如，如果最小范围大小为8个字节并且最大大小为16个字节，则确保所观察的结构适合8个字节，但是为其填充8个字节以达到总共十六个字节，以便不从其写入第8到第16个字节出现。

在单个集群系统中，上述两个值是相等的。我的都是64字节。
BIOS负责报告多集群系统中的IA32_MONITOR_FILTER_LINE_SIZE中的高速缓存一致性行大小。

以指令排序和访问权限为目的，monitor是一个负载。

monitor允许程序员指定提示和扩展。
扩展名在ecx中指定，而提示在edx中。
不支持的扩展引发#GP异常，不支持的提示将被忽略。
我不知道任何扩展的或暗示为monitor，英特尔手动报告

对于奔腾4处理器 （家族15，模型3），没有扩展或提示中定义。

我认为这条线一般是真的，它只是一个过时的处理器模型。
此外，monitor报告#GP If ECX ≠ 0.

伪码布防的监视器，无事后检查其状态（与mwait）不会造成任何伤害。

本质是void _mm_monitor(void const *p, unsigned extensions,unsigned hints)。

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一旦监控布防，它可以触发不同的条件：

• 外部中断：NMI，SMM，INIT，BINIT，MCERR
• 故障，中止包括机器检查
• 建筑TLB失效，包括写入CR0，CR3，CR4和某些MSR写入
• 由于快速系统导致的自愿转换打电话远调用
• 屏蔽中断（如果允许）
• 在监视地址范围

写监视的状态是不是程序员可见的，但它可以与mwait进行测试。
mwait进入实现定义的低功耗状态，直到显示器处于触发状态。
如果显示器未处于布防状态或已被触发，则mwait为nop，否则会使处理器停止执行指令，直至触发监视器。

mwait也可以给予扩展和提示。
扩展设置为ecx，提示eax。
在撰写的唯一扩展的时间是：即使掩蔽

位0款待处理器中断，如中断事件（例如，即使EFLAGS.IF = 0）。可以设置仅当 CPUID.05H：ECX [位1] = 1
位31-1保留

的提示允许程序员指定实现中定义低功率模式。

位3：0子的C状态C内通状态，通过位指示[7：4]
位7：4目标C状态
的值0表示C1; 1表示C2等等
价值01111B的装置C0
注：MWAIT扩展目标C状态是特定处理器的C状态，不ACPI C-状态

的子状态的数目C模式（并且因此可用性）在CPUID.05h.EDX给出：

位03 - 00：使用MWAIT支持C0 *子C状态的数量。
位07-04：使用MWAIT支持的C1 *子C状态的数量。
位11-08：使用MWAIT支持的C2 *子C状态的数量。
位15-12：使用MWAIT支持的C3 *子C状态的数量。
位19-16：使用MWAIT支持的C4 *子C状态的数量。
位23 - 20：使用MWAIT支持的C5 *子C状态的数量。
位27 - 24：使用MWAIT支持的C6 *子C状态的数量。
位31-28：使用MWAIT支持的C7 *子C状态的数量。

请注意，将CPU置于高于C1的状态会禁用其他线程，因此触发监视器的写入操作必须来自其他代理。

内在是void _mm_mwait(unsigned extensions, unsigned hints)。

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的monitor/mwait机械引入帮助线程之间的同步，它是不适合于监测访问的存储器范围，因为所述触发条件包括频繁发生的事件。
mwait始终强制检查是否已写入监控的范围。
有一个example here其中模式是如下：

1. 的观看结构与一个特定的值（比如0）进行初始化。
2. 使用monitor/mwait对。
3. 在稍后的某个时刻，另一个再次向监视的结构写入一个特定的值（比如1）。
4. 监视器被触发并mwait“返回”，被监视的结构值与1（发生写入），并且如果它不等于执行跳回2.

一些样品，未测试伪代码可能是：

struct MonitoredType 
{ 
    int (*event)(struct MonitoredType const* m);    /*Return 0 to keep monitoring*/ 
    struct AnyType data;        /*Less, in size, than MIN_MONITOR_RANGE*/ 
    char padding[MAX_MONITOR_RANGE - sizeof(AnyType)]; 
}; 

void wait_for_write(struct MonitoredType const* m) 
{ 
    /* This may miss a write if it happens before MONITOR, beware of race conditions if necessary */ 
    do 
    { 
    _mm_monitor(&m->data, 0, 0); 
    _mm_mwait(0, 0); 
    } while (! m->event(m)); 
} 

必须小心，以确保mwait退出条件是写，而不是其他的事件之一。
这就是函数指针event的原因。

为了监控对线性地址的写/读操作，可以使用调试寄存器。
请参阅Intel manual 3的第17章，并检查您的OS文档以正确使用这些寄存器。

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含义：与eax设置为01H执行cpuid并测试位的ecx 3之后。请注意，IA32_MISC_ENABLE允许操作系统或固件禁用monitor/mwait。