多線程環境下存在的問題 緩存一致性問題,指令重拍問題,可見性,有序性,
緩存一致性問題
在多處理器系統中,每個處理器都有自己的高速緩存,而它們又共享同一主內存(MainMemory)。基于高速緩存的存儲交互很好地解決了處理器與內存的速度矛盾,但是也引入了新的問題:緩存一致性(CacheCoherence)。當多個處理器的運算任務都涉及同一塊主內存區域時,將可能導致各自的緩存數據不一致的情況,如果真的發生這種情況,那同步回到主內存時以誰的緩存數據為準呢?為了解決一致性的問題,需要各個處理器訪問緩存時都遵循一些協議,在讀寫時要根據協議來進行操作,這類協議有MSI、MESI(IllinoisProtocol)、MOSI、Synapse、Firefly及DragonProtocol,等等
這里我們主要分享下MESI協議
緩存行的四個狀態:MESI中每個緩存行都有四個狀態,分別是M(modified)、E(exclusive)、S(shared)、I(invalid)。下面我們介紹一下這四個狀態分別代表什么意思。
M:代表該緩存行中的內容被修改了,并且該緩存行只被緩存在該CPU中。這個狀態的緩存行中的數據和內存中的不一樣,在未來的某個時刻它會被寫入到內存中(當其他CPU要讀取該緩存行的內容時。或者其他CPU要修改該緩存對應的內存中的內容時(個人理解CPU要修改該內存時先要讀取到緩存中再進行修改),這樣的話和讀取緩存中的內容其實是一個道理)。
E:E代表該緩存行對應內存中的內容只被該CPU緩存,其他CPU沒有緩存該緩存對應內存行中的內容。這個狀態的緩存行中的內容和內存中的內容一致。該緩存可以在任何其他CPU讀取該緩存對應內存中的內容時變成S狀態?;蛘弑镜靥幚砥鲗懺摼彺婢蜁兂蒑狀態。
S:該狀態意味著數據不止存在本地CPU緩存中,還存在別的CPU的緩存中。這個狀態的數據和內存中的數據是一致的。當有一個CPU修改該緩存行對應的內存的內容時會使該緩存行變成 I 狀態。
I:代表該緩存行中的內容時無效的。
我理解的MESI協議,當當前cpu讀取對應內容時是E(獨享),其他cpu讀取后E(獨享)->S(共享),當前cpu進行寫入時候S->M(修改),同時其他cpu S(共享)狀態轉化為-> I(失效)
理解這個流程就可以不用死記硬背了
緩存一致性協議只能解決數據不大于一個緩存行的情況,如果數據大于一個緩存行,那么還是需要使用總線鎖