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关键词

CPU和内屏障

CPU性能优化手段 - 为了提高程序的运行性能, 现代CPU在很多方面对程序进行了优化例如: CPU高速, 尽可能的避免处理器访问主内的时间开销, 处理器大多会利用以提高性能 ? 多级L1 Cache (一级)是CPU第一层高速, 分为数据和指令, 一般服务器CPU的L1的容量通常在32-4096kbL2 Cache (二级) 由于L1高速的容量限制 , 为了再次提高CPU的运算速度, 在CPU外部放置一高速储器, 即二级L3 Cache(三级)现在都是内置的, 而它的实际作用既是, L3的应用可以进一步降低内延迟, 同时提升大数据量计算时处理器的性能 指令重排的场景: 当CPU时发现区块正被其它CPU占用, 为了提高CPU处理性能, 可能将后面的读命令优先执行.当然也并非随便重排, 需要遵循as-if-serial语义as-if-serial CPU高速下有一个问题:中的数据与主内的数据并不是实时同步的, 各CPU的数据也不是实时同步.

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CPU的套路

有上面这个局部性原理为理论指导,为了解决二者速度不匹配问题就可以在 CPU 和内之间加一个层,于是就有了如下的结构:? 三、何时更新CPU 中引入中间层后,虽然可以解决和内速度不一致的问题,但是同时也面临着一个问题:当 CPU 更新了其中的数据之后,要什么时候去写入到内中呢? 比较容易想到的一个解决方案就是,CPU 更新了的数据之后就立即更新到内中,也就是说当 CPU 更新了的数据之后就会从上到下更新,直到内为止,英文称之为write through,这种方式的优点是比较简单 上面说的在适当的时候写入内,如果是单核 CPU 的话,可以在要被新进入的数据取代时,才更新内,但是在多核 CPU 的情况下就比较复杂了,由于 CPU 的运算速度超越了 1 级的数据 IO 能力 ,CPU 厂商又引入了多级的结构,比如常见的 L1、L2、L3 三级结构,L1 和 L2 为 CPU 核心独有,L3 为 CPU 共享。?

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    写Java也得了解CPUCPU

    本文主要谈谈CPU对Java编程的影响,不涉及具体CPU的机制和实现。现代CPU结构一般分三层,L1,L2和L3。如下图所示:?级别越小的,越接近CPU, 意味着速度越快且容量越少。 下表表示了CPU到各和内之间的大概速度:从CPU到   大约需要的CPU周期 大约需要的时间(单位ns)寄器   1 cycleL1 Cache    ~3-4 cycles ~0.5-1 nsL2 ~120-240 cycles ~60-120ns利用CPU-Z可以查看CPU的信息:? 有了上面对CPU的大概了解,我们来看看行(Cache line)。,是由行组成的。一般一行行有64字节(由上图”64-byte line size”可知)。 所以使用时,并不是一个一个字节使用,而是一行行、一行行这样使用;换句话说,CPU都是按照一行,为最小单位操作的。这意味着,如果没有好好利用行的话,程序可能会遇到性能的问题。

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    CPU一致性协议MESI

    CPU 一致性协议 MESI================CPU 高速(Cache Memory)----------------------CPU 为何要有高速CPU 在摩尔定律的指导下以每 带有高速CPU 执行计算的流程程序以及数据被加载到主内指令和数据被加载到 CPU 的高速CPU 执行指令,把结果写到高速高速中的数据写回主内目前流行的多级结构由于 CPU 的运算速度超越了 1 级的数据 IO 能力,CPU 厂商又引入了多级的结构。 多级结构多核 CPU 多级一致性协议 MESI---------------------多核 CPU 的情况下有多个一级,如何保证内部数据的一致, 不让系统数据混乱。 CPU 切换状态阻塞解决 - (Store Bufferes)比如你需要修改本地中的一条信息,那么你必须将 I(无效)状态通知到其他拥有该数据的 CPU 中,并且等待确认。

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    操作系统导论-CPU

    为了提高程序运行的性能,现代CPU在很多方面对程序进行了优化。例如:CPU高速。尽可能避免处理器访问主内的时间开销,处理器大多会利用以提高性能。 Cache(一级) CPU第一层高速,分为数据和指令。 一般服务器CPU的L1的容量通常在32- - 4096KB。L2 由于L1级高速容量的限制,为了再次提高CPU的运算速度,在CPU外部放置一高速 储器,即二级。:L3 现在的都是内置的。 2 同步协议多CPU读取同样的数据进行,进行不同运算之后,最终写入主内以哪个CPU为准? 在这种高速回写的场景下,有一个一致性协议, 多数CPU厂商对它进行了实现。 3 问题中的数据与主内的数据并不是实时同步的,各CPU (或CPU核心)间的数据也不是 实时同步。在同一个时间点,各CPU所看到同一内地址的数据的值可能是不一致的。

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    3 CPU一致性协议MESi

    lock会触发硬件锁定机制, 锁定机制有两种: 总线锁和一致性协议为什么会有两种锁呢? 这就和cpu的发展有关系了.早期的cpu技术比较落后, 才使用的总线锁, 来保的一致性. 我们知道, 在中, 有一个行, 变量保行里, 每个cpu需要抢占锁, 然后锁住行, 并告诉bus总线, 我抢到锁了, 监听bus总线的所有cpu都将得知, 当前已经有一个线程获取的锁 多核协同操作假设有三个CPU A、B、C,对应三个分别是cache a、b、 c。在主内中定义了x的引用值为0。?双核读取那么执行流程是:CPU A发出了一条指令,从主内中读取x。 行伪共享什么是伪共享?CPU系统中是以行(cache line)为单位储的。目前主流的CPU Cache 的 Cache Line 大小都是64Bytes。 CPU切换状态阻塞解决-(Store Bufferes)比如你需要修改本地中的一条信息,那么你必须将I(无效)状态通知到其他拥有该数据的CPU中,并且等待确认。

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    科普:CPU一致性协议

    CPU为何要有高速CPU在摩尔定律的指导下以每18个月翻一番的速度在发展,然而内和硬盘的发展速度远远不及CPU。这就造成了高性能能的内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以解决IO速度和CPU运算速度之间的不匹配问题。 带有高速CPU执行计算的流程程序以及数据被加载到主内指令和数据被加载到CPU的高速CPU执行指令,把结果写到高速高速中的数据写回主内? 目前流行的多级结构 由于CPU的运算速度超越了1级的数据IO能力,CPU厂商又引入了多级的结构。多级结构? S: 共享的(Shared)该状态意味着该行可能被多个CPU,并且各个中的数据与主数据一致(clean),当有一个CPU修改该行中,其它CPU中该行可以被作废(变成无效状态(Invalid

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    科普:CPU一致性协议

    带有高速CPU执行计算的流程程序以及数据被加载到主内指令和数据被加载到CPU的高速CPU执行指令,把结果写到高速高速中的数据写回主内? 目前流行的多级结构 由于CPU的运算速度超越了1级的数据IO能力,CPU厂商又引入了多级的结构。多级结构? 多核CPU多级一致性协议MESI 多核CPU的情况下有多个一级,如何保证内部数据的一致,不让系统数据混乱。这里就引出了一个一致性的协议MESI。 S: 共享的(Shared)该状态意味着该行可能被多个CPU,并且各个中的数据与主数据一致(clean),当有一个CPU修改该行中,其它CPU中该行可以被作废(变成无效状态(Invalid 操作 在一个典型系统中,可能会有几个(在多核系统中,每个核心都会有自己的)共享主总线,每个相应的CPU会发出读写请求,而的目的是为了减少CPU读写共享主的次数。

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    理解CPU的伪共享问题

    CPU是有高速的 , 三级分别是 L1 , L2 , L3L1最贴近CPU , 所以速度也最快数据在中是一行一行储的 , L1一般的一行64字节一行能64个字节 , 因为一个变量可能没有 64字节大小 , 所以可能会好几个变量需要保证一致性, 也就是当变量修改的时候 , 必须得失效 , 重新在内中读取变量加载到里当一行里有好几个变量的时候 , 其中一个变量修改了 , 这一行的数据都得失效 并且同一时间只允许一个线程操作行 , 当并发比较高修改比较频繁时候 , 的性能就下降了很多 , 这就是伪共享问题一般解决这个问题是用的内对齐填充来解决 , 也就是我一个变量占满这一行64字节 , 当然这样也比较浪费我们常说的局部性原理也与CPU有关 , 当我们使用数组的时候 , 内地址是连续的 , 这样就很有可能放在一行里 , 每次CPU里读一行就能读到相邻的变量 , 速度会很快

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    小议CPU一致性协议MESI

    CPU架构与主解读一致性(Cache Coherency),先看一下CPU的架构图示一个4核CPU,有三个级别的,分为是L1 Cache(一级)、L2 Cache(二级)、L3 Cache 越靠近CPU速度越快,单价也更昂贵。其中一级和二级如今都属于片内(在CPU核内,早期L2是片外的)独立归属给各个CPU,而三级CPU间共享的。 CPU操作的单位是”行“(cacheline),也就是说如果CPU要读一个变量x,那么其实是读变量x所在的整个行。 或者其他CPU要修改该对应的内中的内容时E代表该行对应内中的内容只被该CPU,其他CPU没有对应内行中的内容。这个状态的行中的内容和内中的内容一致。 该可以在任何其他CPU读取该对应内中的内容时变成S状态。或者本地处理器写该就会变成M状态S该状态意味着数据不止在本地CPU中,还在别的CPU中。

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    JAVA线程-CPU和内屏障(四)

    ② 多级L1 Cache (一级)是CPU第一层高速, 分为数据和底层的指令, 一般服务器CPU的L1的容量通常在32-4096kb。 L2 Cache (二级) 由于L1高速的容量限制, 为了再次提高CPU的运算速度, 在CPU外部放置一高速储器, 即二级。 具有较大L3的处理器更有效的文件系统行为及较短消息和处理器队列长度. 一般是多核共享一个L3。不管你电脑有多少个CPU,每个CPU都有L1 和 L2,但是L3都是共用的。 如果有4个CPU,都对一个 i 进行修改,都体现在自己的L1 一级里面,我们需要将数据写入到内里面,在这种高速回写的场景下,有一个一致性协议多数CPU厂家对它进行了实现,也就是多个CPUCPU高速CPU执行指令重排序的问题1.中的数据与主内的数据并不是实时同步的, 各CPU的数据也不是实时同步.

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    利用cpu实现高性能程序

    我们选购电脑时,CPU处理器的配置会有大小,它是CPU性能的重要指标。?为什么呢?因为CPU计算速度与访问主速度非常不匹配!先来看计算速度。 CPU上增加后,由于CPUCPU核心更近,所以访问速度比主快得多! 如果我们访问内时,先把数据读取到CPU再计算,而下次读取到该数据时直接使用(若未被淘汰掉),这在时间和空间上都会降低CPU计算能力的浪费! 最快的一定离CPU核心最近,因为体积小所以容量也最小,不能满足以MB计算的热点数据。最终发展出了三级,分别称为L1、L2、L3级。 当然,CPU的大小也远小于主的大小,如本文最开始的那张图,现在的CPU往往只有几十MB。

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    从Java视角理解系统结构(二)CPU

    由于内的发展都到技术及成本的限制, 现在获取内中的一条数据大概需要200多个CPU周期(CPU cycles), 而CPU器一般情况下1个CPU周期就够了.CPU网页浏览器为了加快速度,会在本机以前浏览过的数据 同样内CPU的速度相差太远, 于是CPU设计者们就给CPU加上了(CPU Cache). 如果你需要对同一批数据操作很多次, 那么把数据放至离CPU更近的, 会给程序带来很大的速度提升. 例如, 做一个循环计数, 把计数变量放到里,就不用每次循环都往内取数据了. 下面是CPU Cache的简单示意图.? 一次次地未命中,代表取数据消耗的时间越长.行(Cache line)为了高效地, 不是简单随意地将单条数据写入的. 是由行组成的, 典型的一行是64字节. 读者可以通过下面的shell命令,查看cherency_line_size就知道知道机器的行是多大.?CPU都是按行为最小单位操作的.

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    Java与CPU的亲密接触之「伪共享」

    接下来我们要引入CPU的概念。现代的处理器一般都有3级结构,L1、L2和L3,CPU直接访问主是一个相对比较慢的操作,所以通过3级来提升访性能。 我们将3个当成一个整体来看待,它就是CPU的制造成本非常昂贵,它一般要比主空间小的多。CPU在读主的时候,会先将主的一块数据加载到上,然后在上读取。 当CPU写主的时候,它会首先写,在未来的某个时间点再一次性将的数据全部刷回主,这样就可以提高写操作的性能。 所以现代的CPU一般是分行储的,最小处理单位是一个行,这个行的长度一般来说就是上文提到的64字节,我们称之为【行】。 普通变量不需要保证线程之间的读写的可见性,CPU修改后不需要立即回写内,不在写操作穿透现象。

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    10 张图打开 CPU 一致性的大门

    ----正文CPU Cache 的数据写入 随着时间的推移,CPU 和内的访问性能相差越来越大,于是就在 CPU 内部嵌入了 CPU Cache(高速),CPU Cache 离 CPU 核心相当近 ,因此它的访问速度是很快的,于是它充当了 CPU 与内之间的角色。 ----一致性问题 现在 CPU 都是多核的,由于 L1L2 Cache 是多个核心各自独有的,那么会带来多核心的一致性(Cache Coherence) 的问题,如果不能保证一致性的问题, 我们举个具体的例子来看看这四个状态的转换:当 A 号 CPU 核心从内读取变量 i 的值,数据被在 A 号 CPU 核心自己的 Cache 里面,此时其他 CPU 核心的 Cache 没有该数据 对于 Cache 里没有 CPU 所需要读取的数据的这种情况,CPU 则会从内读取数据,并将数据到 Cache 里面,最后 CPU 再从 Cache 读取数据。

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    用动图的方式,理解 CPU 一致性协议!

    我之前写过 CPU 一致性 MESI 协议:10 张图打开 CPU 一致性的大门。 这个时候,如果要向独占的 Cache 写数据,就可以直接自由地写入,而不需要通知其他 CPU 核心,因为只有你这有这个数据,就不一致性的问题了,于是就可以随便操作该数据。 看上图,共分为三个部分:第一部分,内。显示内地址和数据; 第二部分,CPU 。显示 CPU 的变量数据和 MESI 协议状态,因为我现在还没开始操作,所以显示的是空白。 并在了 Cache1 里,而且此时状态为 E (独占)。 可以对照我文章中 MESI 状态转换的表格来做实验,感受下 MESI 状态到底是如何在不用加锁的情况下,是如何实现 CPU 一致性的。我也把网站地址附在了「阅读原文」,点击即可访问。

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    一篇文章让你明白CPU一致性协议MESI

    CPU高速(Cache Memory)CPU为何要有高速CPU在摩尔定律的指导下以每18个月翻一番的速度在发展,然而内和硬盘的发展速度远远不及CPU。 带有高速CPU执行计算的流程程序以及数据被加载到主内指令和数据被加载到CPU的高速CPU执行指令,把结果写到高速高速中的数据写回主内目前流行的多级结构由于CPU的运算速度超越了 1级的数据IO能力,CPU厂商又引入了多级的结构。 多级结构多核CPU多级一致性协议MESI多核CPU的情况下有多个一级,如何保证内部数据的一致,不让系统数据混乱。这里就引出了一个一致性的协议MESI。 CPU切换状态阻塞解决-(Store Bufferes)比如你需要修改本地中的一条信息,那么你必须将I(无效)状态通知到其他拥有该数据的CPU中,并且等待确认。

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    三段有意思的代码让你思考volatile和cpu

    } for (int i = 0; i < 10000; i++) cacheVolatile.write(); }}分析这三段代码执行结果自然各有差异,分析这三段代码可以让你理解volatile和的知识点

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    为什么CPU对数组友好而对链表不友好,去遍历相同的链表和数组 通过时间复杂度分析的话都是 O(n)。所以按道理是差不多的 但是在实践中, 这2者却有极大的差异。 – fast access (3个CPU时钟周期) CPU L2 – slightly slower access (10个CPU时钟周期) 内 (RAM) – slow access ( 这就是为什么CPU产商发明了CPU。 而这个CPU,就是数组和链表的区别的关键所在。 CPU会把一片连续的内空间读入, 因为数组结构是连续的内地址,所以数组全部或者部分元素被连续CPU里面, 平均读取每个元素的时间只要3个CPU时钟周期。 而链表的节点是分散在堆空间里面的,这时候CPU帮不上忙,只能是去读取内,平均读取时间需要100个CPU时钟周期。 这样算下来,数组访问的速度比链表快33倍!

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    volatile在CC++中的作用: 1) 告诉编译器不要将定义的变量优化掉; 2) 告诉编译器总是从取被修饰的变量的值,而不是寄器取值。 对于原子操作,需要使用CPU提供的“lock”指令,对于CPU乱序需使用CPU屏障。 附1:CPU和主 第三级(L3 Cache)多核共享: ?? 一致性协议) https:en.wikipedia.orgwikiMESI_protocol 13) MESIF(多核CPU一致性协议) https:en.wikipedia.orgwikiMESIF_protocol 只被在该CPU中,它是未被修改过的(clean),与主中数据一致 S 共享(Shared) 该Cache line有效,数据和内中的数据一致,数据在于很多Cache中 I 无效(Invalid

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