菜鸟笔记
提升您的技术认知

cpu多核并发缓存架构介绍-ag真人游戏

cpu多核并发缓存架构

cpu工作原理

  • 首先cpu工作的时候,由控制单元充当大脑,负责协调。
  • 让运算单元做运算的时候,会首先从最靠近cpu的寄存器(其实是和cpu一体的)上读取数据,在寄存器上有cpu运行的常用指令
  • 如果寄存器上没有想要的数据,则就从三级缓存的l1级缓存中获取,如果l1取到数据了,会加载到寄存器中,再转输给cpu运算单元。
  • 如果l1中没有,则从l2级缓存中读取,同理,如果没有,则从l3中取。
  • 如果l3中也没有,这个时候,就比较麻烦了。要从主内存中取。
  • 从主内存中取的时候,会经过系统总线及内存总线,这时因受到总线的限制,速度会大大降低。而且会存在众多问题。

为什么要加入缓存

从主内存中取的时候,会经过系统总线及内存总线,这时因受到总线的限制,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性问题?

为是什么会不一致?

  • 如果cpu1改变了从主内存中读取的一个数据,而cpu2也刚好访问同一块区域也需要读取这个数据,那么读到的就会是未改变的值,造成缓存不一致

那么为了解决一致性的问题,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是缓存一致性协议-mesi

什么是缓存一致性协议mesi

mesi代表的四种状态:

  • 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。

指令重排序

-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

网站地图