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高速缓存一致性协议MESI与内存屏障

一.CPU高速缓存简单介绍 CPU高速缓存机制的引入,主要是为了解决CPU越来越快的运行速度与相对较慢的主存访问速度的矛盾.CPU中的寄存器数量有限,在执行内存寻址指令时,经常需要从内存中读取指令所需的数据或是将寄存器中的数据写回内存.而CPU对内存的存取相对CPU自身的速度而言过于缓慢,在内存存取的过程中CPU只能等待,机器效率太低. 为此,设计者在CPU与内存之间引入了高速缓存.CPU中寄存器的存储容量小,访问速度极快:内存存储容量很大,但相对寄存器而言访问速度很慢.而高速缓存的存储大小和访…

Java内存模型（二）volatile底层实现(CPU的缓存一致性协议MESI)

CPU的缓存一致性协议MESI 在多核CPU中,内存中的数据会在多个核心中存在数据副本,某一个核心发生修改操作,就产生了数据不一致的问题,而一致性协议正是用于保证多个CPU cache之间缓存共享数据的一致性. cache的写操作 write through 写通 每次CPU修改cache中的内容会立即更新到内存,也就意味着每次CPU写共享数据,会导致总线事务,因此这种方式常常会引起总线事务的竞争,虽然后高的一致性但是效率非常低. write back 写回 每次CPU修改了cache中的数据,…

并发研究之CPU缓存一致性协议(MESI)

CPU缓存一致性协议MESI CPU高速缓存(Cache Memory) CPU为何要有高速缓存 CPU在摩尔定律的指导下以每18个月翻一番的速度在发展,然而内存和硬盘的发展速度远远不及CPU.这就造成了高性能能的内存和硬盘价格及其昂贵.然而CPU的高度运算需要高速的数据.为了解决这个问题,CPU厂商在CPU中内置了少量的高速缓存以解决I\O速度和CPU运算速度之间的不匹配问题. 在CPU访问存储设备时,无论是存取数据抑或存取指令,都趋于聚集在一片连续的区域中,这就被称为局部性原理. 时间局部性…

一篇文章让你明白CPU缓存一致性协议MESI

CPU高速缓存(Cache Memory) CPU为何要有高速缓存 CPU在摩尔定律的指导下以每18个月翻一番的速度在发展,然而内存和硬盘的发展速度远远不及CPU.这就造成了高性能能的内存和硬盘价格及其昂贵.然而CPU的高度运算需要高速的数据.为了解决这个问题,CPU厂商在CPU中内置了少量的高速缓存以解决I\O速度和CPU运算速度之间的不匹配问题. 在CPU访问存储设备时,无论是存取数据抑或存取指令,都趋于聚集在一片连续的区域中,这就被称为局部性原理. 时间局部性(Temporal Local…

C和C++中的volatile、内存屏障和CPU缓存一致性协议MESI

目录 1. 前言2 2. 结论2 3. volatile应用场景3 4. 内存屏障(Memory Barrier)4 5. setjmp和longjmp4 1) 结果1(非优化编译:g++ -g -o x x.cpp -O0) 5 2) 结果2(优化编译:g++ -g -o x x.cpp -O2) 6 6. 不同CPU架构的一致性模型6 7. x86-TSO7 8. C++标准库对内存顺的支持7 1) 头文件<stdatomic.h> 7 2) 头文件<atomic> 8 附1:…

Java内存模型（MESI、内存屏障、volatile和锁及final内存语义)

JMM (Java内存模型) Java线程的实现 实现线程主要有三种方式,Java线程从JDK1.3后采用第一种方式实现: 使用内核线程实现(1:1实现) 使用用户线程实现(1:N实现) 使用用户线程加轻量级进程混合实现(N:M实现) KTL: 内核线程 LWP:轻量级进程 UT:用户线程 线程之间通信机制 Java并发采用的是共享内存模型 共享内存 消息传递 重排序 包括: 编译器优化的重排序. 指令级并行的重排序.如果不存在数据依赖性,处理器可以改变语句对应机器指令的执行顺序. 内存系统的重…

CPU缓存一致性协议—MESI详解

MESI(也称伊利诺斯协议)是一种广泛使用的支持写回策略的缓存一致性协议,该协议被应用在Intel奔腾系列的CPU中. MESI协议中的状态 CPU中每个缓存行使用的4种状态进行标记(使用额外的两位bit表示) 状态 描述 M(Modified) 这行数据有效,数据被修改了,和内存中的数据不一样,数据只存在于本cache中. E(Exclusive) 这行数据有效,数据和内存中的数据一致,数据只存下于本Cache中 S(Shared) 这行数据有效,数据和内存中的数据一致,数据存在于很多cach…

缓存一致性协议 mesi

m : modified e : exlusive s : shared i : invalid 四种状态的转换略过,现在讨论为什么有了这个协议,i++在多线程上还不是安全的. 两个cpu A B同时执行 i++ 的操作,假设i初始值为0 A 读入i ,缓存行状态为 e B读入i , 发现A有,那么设置为s,A里面也设置为s A cpu处理,i值加一等于一,但是只是在寄存器中,没写入缓存 此时状态还是S B cpu处理,i值加一等于一,同上,还是S A写入缓存,i 值为1 , 缓存行状态为M,此…

缓存一致性性协议MESI笔记

概述 今天的笔记只是讲解一下MESI的概念和使用场景的介绍,MESI(Modified Exclusive Shared Or Invalid)也称为伊利诺斯协议,是一种广泛使用的支持协会策略的缓存一致性协议,这里的缓存一致性就是指CPU缓存的一致性.为了让读者明白其中的概念,我们先从CPU说起. CPU多核 现代的CPU比内存系统快很多,2006年的cpu可以在一纳秒之内执行10条指令,尤其是多CPU,CPU多核.我们先讲解一些基础概念: 多核CPU和多CPU的区别主要在于性能和成本.多核CP…

缓存一致性协议（MESI）

在目前主流的计算机中,cpu执行计算的主要流程如图所示: 数据加载的流程如下: 1.将程序和数据从硬盘加载到内存中 2.将程序和数据从内存加载到缓存中(目前多三级缓存,数据加载顺序:L3->L2->L1) 3.CPU将缓存中的数据加载到寄存器中,并进行运算 4.CPU会将数据刷新回缓存,并在一定的时间周期之后刷新回内存 缓存一致性协议发展背景现在的CPU基本都是多核CPU,服务器更是提供了多CPU的支持,而每个核心也都有自己独立的缓存,当多个核心同时操作多个线程对同一个数据进行更新时,如果核心…