每日一个知识点:Volatile 和 CAS 的弊端之总线风暴
每日一个知识点系列的目的是针对某一个知识点进行概括性总结,可在一分钟内完成知识点的阅读理解,此处不涉及详细的原理性解读。
一、什么是总线风暴
总线风暴,听着真是一个帅气的词语,但如果发生在你的系统上那就不是很美丽了,废话不多说,先看图说结论。
什么是总线风暴,先来看结论
在java中使用unsafe实现cas,而其底层由cpp调用汇编指令实现的,如果是多核cpu是使用lock cmpxchg指令,单核cpu 使用compxch指令。如果在短时间内产生大量的cas操作在加上 volatile的嗅探机制则会不断地占用总线带宽,导致总线流量激增,就会产生总线风暴。 总之,就是因为volatile 和CAS 的操作导致BUS总线缓存一致性流量激增所造成的影响。
二、一些需要的基础知识
这里有些基础需要铺垫下,了解过volatile和cas 的朋友都知道由于一个变量在多个高速缓存中都存在,但由于高速缓存间的数据是不共享的,所以势必会有数据不一致的问题,为了解决这种问题处理器是通过总线锁定和缓存锁定这两个机制来保证复杂内存操作的原子性的。
1、总线锁
在早期处理器提供一个 LOCK# 信号,CPU1在操作共享变量的时候会预先对总线加锁,此时CPU2就不能通过总线来读取内存中的数据了,但这无疑会大大降低CPU的执行效率。
2、缓存一致性协议
由于总线锁的效率太低所以就出现了缓存一致性协议,Intel 的MESI协议就是其中一个佼佼者。MESI协议保证了每个缓存变量中使用的共享变量的副本都是一致的。
3、MESI 的核心思想
modified(修改)、exclusive(互斥)、share(共享)、invalid(无效)
如上图,CPU1使用共享数据时会先数据拷贝到CPU1缓存中,然后置为独占状态(E),这时CPU2也使用了共享数据,也会拷贝也到CPU2缓存中。通过总线嗅探机制,当该CPU1监听总线中其他CPU对内存进行操作,此时共享变量在CPU1和CPU2两个缓存中的状态会被标记为共享状态(S);
若CPU1将变量通过缓存回写到主存中,需要先锁住缓存行,此时状态切换为(M),向总线发消息告诉其他在嗅探的CPU该变量已经被CPU1改变并回写到主存中。接收到消息的其他CPU会将共享变量状态从(S)改成无效状态(I),缓存行失效。若其他CPU需要再次操作共享变量则需要重新从内存读取。
缓存一致性协议失效的情况:
- 共享变量大于缓存行大小,MESI无法进行缓存行加锁;
- CPU并不支持缓存一致性协议
4、嗅探机制
每个处理器会通过嗅探器来监控总线上的数据来检查自己缓存内的数据是否过期,如果发现自己缓存行对应的地址被修改了,就会将此缓存行置为无效。当处理器对此数据进行操作时,就会重新从主内存中读取数据到缓存行。
5、缓存一致性流量
通过前面都知道了缓存一致性协议,比如MESI会触发嗅探器进行数据传播。当有大量的volatile 和cas 进行数据修改的时候就会产大量嗅探消息。
三、总结性言论
通过上面一顿巴拉,大家应该对开局图有一定的了解了,也大概知道了总线风暴的原因。这里再做一下概括性的总结(当前内部还有很有详细的机制,大家感兴趣可以撸一波)
在多核处理器架构上,所有的处理器是共用一条总线的,都是靠此总线来和主内存进行数据交互。当主内存的数据同时存在于多个处理的高速缓存中时,某一处理器更新了此共享数据后。会通过总线触发嗅探机制来通知其他处理器将自己高速缓存内的共享数据置为无效,在下次使用时重新从主内存加载最新数据。而这种通过总线来进行通信则称之为”缓存一致性流量“。
因为总线是固定的,所有相应可以接受的通信能力也就是固定的了,如果缓存一致性流量突然激增,必然会使总线的处理能力受到影响。而恰好CAS和volatile 会导致缓存一致性流量增大。如果很多线程都共享一个变量,当共享变量进行CAS等数据变更时,就有可能产生总线风暴。
往期推荐
Spring Boot 知识清单(一)SpringApplication
每日一个知识点:Volatile 和 CAS 的弊端之总线风暴的更多相关文章
- 每日一个知识点系列:volatile的可见性原理
每日一个知识点系列的目的是针对某一个知识点进行概括性总结,可在一分钟内完成知识点的阅读理解,此处不涉及详细的原理性解读. img 看图说话 关键点1: 总线嗅探器(MESI 缓存一致性原理 ) 关键点 ...
- STL中map的一个知识点
问题背景 在做USACO Section 1.1 Greedy Gift Givers的时候,我最初的想法是直接用一个map来进行数据处理.但是后来产生一个让我感到疑问的地方,后来我经过测试,发现了这 ...
- 2018/03/08 每日一个Linux命令 之 chattr/lsattr
每日一个Linux命令 2018-03-08 Linux 命令 chattr/lsattr chattr [-参数] [+/-属性] [文件或者目录] 经过今天没有对铃,粥熬糊了,我就知道...... ...
- 2018/03/07 每日一个Linux命令 之 cat
每日一个Linux命令 2018-03-07 Linux 命令 cat cat [-参数] fileName 在之前的Linux使用中 cat 命令一直作为文本输出指令来使用,很少可以深入学习的该命令 ...
- 2018/03/11 每日一个Linux命令 之 top
每日一个Linux命令 之 top 今天在公司测试服务器上跑了一个我写的功能[本地测试过的],但是不知道怎么跑了个无限死循环出来,一个文件的体积在不停的变大,如果不管的话这能行? 上去一看,PHP ...
- 2018/03/10 每日一个Linux命令 之 find
每日一个Linux命令 2018-03-10 Linux 命令 find find [查找目录] [定义条件] 今天很累了,本来不想写了,但想到自己订的学习计划必须坚持下去,每天完成. fin ...
- 2018/03/10 每日一个Linux命令 之 cksum
每日一个Linux命令 2018-03-10 Linux 命令 cksum cksum [文件] 今天楼下的一个大妈去世了,不仅感叹,现如今,真的和以前不一样了,楼上楼下都不知道住的是谁? cksu ...
- 2018/03/09 每日一个Linux命令 之 chgrp/chown
每日一个Linux命令 2018-03-09 Linux 命令 chgrp/chown chgrp [-参数] [文件或者目录] chown [-参数] [文件所有者]:[文件所属群组] [文件或者目 ...
- 【每日一个小技巧】Python | input的提示信息换行输出,提示信息用变量表示
[每日一个小技巧]Python | input的提示信息换行输出,提示信息用变量表示 在书写代码的途中,经常会实现这样功能: 请输入下列选项前的序号: 1.选择1 2.选择2 3.选择3 在pytho ...
随机推荐
- 解决:While reading from '/Users/***/.pip/pip.conf' [line 4]: option 'extra-index-url' in section 'global' already exists
解决:While reading from '/Users/***/.pip/pip.conf' [line 4]: option 'extra-index-url' in section 'glob ...
- Python输入input、输出print
1.输入input input是用于输入数据给变量.通过键盘输入的是字符串,如果需要其他格式,需要做转换.比如int.float类型数据,int() 如下是一个例子: 如果a不进行int转换,那么输入 ...
- jdk 功能变化
JDK的变化 JDK1.5 JDK1.6 jdk1.7 1. 添加自动装箱,拆箱 1. =后可以省略泛型, 见ArrayList 2. try后加一个(), 定义流对象,作用域在try里 jdk1 ...
- 23种设计模式 - 接口隔离(Facade - Proxy - Mediator - Adapter)
其他设计模式 23种设计模式(C++) 每一种都有对应理解的相关代码示例 → Git原码 ⌨ 接口隔离 在组件构建过程中,某些接口之间直接的依赖常常会带来很多问题.甚至根本无法实现.采用添加一层间接( ...
- SDWebImage 清除磁盘缓存机制 iOS
分析的版本 pod 'SDWebImage', '~> 5.0.6' SDWebImage默认清除磁盘缓存的时长是7天. /** * The maximum length of time to ...
- 从后端到前端之Vue(六)表单组件
表单组件 做项目的时候会遇到一个比较头疼的问题,一个大表单里面有好多控件,一个一个做设置太麻烦,更头疼的是,需求还总在变化,一会多选.一会单选.一会下拉的,变来变去的烦死宝宝了. 那么怎么解决这个问题 ...
- 【Android】SwipeRefreshLayout的简单使用教程。下拉刷新控件炫酷效果。
作者:程序员小冰,GitHub主页:https://github.com/QQ986945193 新浪微博:http://weibo.com/mcxiaobing 首先给大家看一下我们今天这个最终实现 ...
- 获取android手机的屏幕分辨率 android开发
/** * 获取屏幕分辨率 */ private void getResolution() { // TODO Auto-generated method stub Display display = ...
- Unity坐标系详解
1. World Space(世界坐标系): 我们在场景中添加的物体(如:Cube),他们都是以世界坐标显示在场景中.transform.position 获取的便是这个 坐标数值. 2. Scene ...
- HDU - 1019-Least Common Multiple(求最小公倍数(gcd))
The least common multiple (LCM) of a set of positive integers is the smallest positive integer which ...