菜鸟笔记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。
- 而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