CPU多核并发缓存架构介绍
CPU多核并发缓存架构
为什么要加入缓存
从主内存中读取数据的时候，会经过系统总线以及内存总线，这时会受到总线的限制，速度会大大降低。而且会存在众多问题。读入缓存，下次用时从缓存读取，效率会大大提高。
如何解决缓存不一致问题
- 为什么会缓存不一致？
如果左边CPU改变了主内存中读取的一个数据，而右边CPU也刚好访问访问 这个数据，那么读到的就会是为改变的值，造成缓存不一致问题 - 怎么解决缓存不一致问题
为了解决缓存一致性问题，需要各个处理器访问缓存时都遵循一些协议，在读写时要根据协议来进行操作。常用的方法是总线加锁或缓存一致性协议-MESI
什么是缓存一致性协议
MESI代表四种状态：
- M:修改
- E:独享、互斥
- S:共享
- I:无效
MESI缓存一致性协议原理
- 假如现在有CPU1和CPU2，主内存有变量X＝ 1 。现在要做 x+1的操作。 如果在变量 x = 1
- 上加上volatile，则就会触发MESI 当CPU1从主内存中读取到X＝1时，CPU1会把此变量标记成独享状态
- 并监听总线，是否有其它CPU去读取此变量 当CPU2从主内存中读取X＝1变量时，CPU1会通过嗅探机制监听到。
- 此时CPU1的X变量会变成共享状态。继续进行计算，计算完变成X＝2。
- 此时要回写到主内存之前。先锁住缓存行。并标记X变量为修改状态。并向总线发消息。 其它CPU2监听总线时，会监听到，并把X标记成无效状态。
- CPU1把变量X＝2回写到主内存后，会由修改状态变成独享状态。
- 此时，如果CPU2如果想修改X变量时，要重启从主内存中读取。然后开始新的轮回
指令重排
- 为了使得处理器内部的运算单元能尽量被充分利用，处理器可能会对输入代码进行乱序执行（Out-Of-Order Execution）优化，处理器会在计算之后将乱序执行的结果重组，保证该 结果与顺序执行的结果是一致的，但并不保证程序中各个语句计算的先后顺序与输入代码中的 顺序一致。因此，如果存在一个计算任务依赖另一个计算任务的中间结果，那么其顺序性并不 能靠代码的先后顺序来保证。
- 与处理器的乱序执行优化类似，Java虚拟机的即时编译器中也有 类似的指令重排序（Instruction Reorder）优化
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