缓存一致性案例分析

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原创 2022-08-18 15:30:13 398 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

图解｜高性能服务器设计之缓存系统一致性 我个人认为，如果你想靠着背面试题来获得心仪的offer，用癞蛤蟆想吃天鹅肉形容完全不过分。想必大家能感受到面试越来越难，想找到心仪的工作也是越来越难，高薪工作羡慕不来，却又对自己目前的薪资不太满意，工作几年甚至连一个应届生的薪资都比不上，终究是错付了，错付了自己没有去提升技术。这些面试题分享给大家的目的，其实是希望大家通过大厂面试题分析自己的技术栈，给自己梳理一个更加明确的学习方向，当你准备好去面试大厂，你心里有底，大概知道面试官会问多广，多深，避免面试的时候一问三不知。阅读详情

关于缓存一致性的概念网上相关资料很多，这里不再赘述。本编文章主要通过C语言案例来更深一步理解缓存一致性原理。

理论

        对于多线程进程来说，在有多个CPU或单个CPU多核的机器上执行时，肯定会保证数据多线程执行时的数据同步。如下图为单CPU双核结构。

         首先我们得清楚几个概念：

        ALU：算术逻辑单元（Arithmetic&logical Unit）专门做计算的。

        Register：CPU寄存器，用于存储被计算的数据。

        我们常说的CPU速度比内存速度快100倍，指的是CPU中ALU访问Register所花费的时间比访问内存所花费的时间快100倍。由于访问内存比较慢，因此有了三级缓存L1、L2、L3，具体位置如图所示，每个缓存里面都是由缓存行组成的，缓存系统中以缓存行（cache line）为单位存储的。缓存行大小是64字节。由于缓存行的特性，当多线程修改互相独立的变量时，如果这些变量共享同一个缓存行，就会无意中影响彼此的性能。

案例：

下来我们通过一个案例来说明一下，代码如下：

/***************************************************
    author : lijd
    date   : 2022-08-18
***************************************************/
#include <stdio.h>
#include <stdio.h>

#include <pthread.h>

#define I_COUNT	(1000000000)

typedef struct myStr{
	int x;
	// int a[16]; 
	int y;
}S_myStr;

S_myStr s_t;


//定义线程要执行的函数
void *Thread1()
{
	int i = 0;
	for(i = 0; i < I_COUNT; i++)
	{
		s_t.x += 1;
	}
    
    return NULL;
}
//定义线程要执行的函数
void* Thread2()
{
    int i = 0;
	for(i = 0; i < I_COUNT; i++)
	{
		s_t.y += 1;
	}
    
    return NULL;
}


int main()
{
    int res;
    pthread_t mythread1, mythread2;
    /*创建线程
    &mythread:要创建的线程
    NULL：不修改新建线程的任何属性
    ThreadFun:新建线程要执行的任务
    NULL：不传递给 ThreadFun() 函数任何参数

    返回值 res 为 0 表示线程创建成功，反之则创建失败。
    */
    res = pthread_create(&mythread1, NULL, Thread1, NULL);
    if (res != 0) {
        printf("线程创建失败");
        return 0;
    }

    res = pthread_create(&mythread2, NULL, Thread2, NULL);
    if (res != 0) {
        printf("线程创建失败");
        return 0;
    }
   
    res = pthread_join(mythread1, NULL);
   
    res = pthread_join(mythread2, NULL);
	
    return 0;
}

进程执行如下：

结果分析：

两个线程分别操作全局变量中的结构体变量数据，由于缓存行的大小为64字节，所以第一种情况两个线程都会把结构体变量中的x, y缓存到自己的缓存行中，这样每次做计算时都需要线程同步，因此运行时长比较长。第二种情况x, y变量中间有int a[16]变量，超过64字节，因此两个线程的缓存行只存了自己所需的x或y，不涉及线程同步，因此用时较短。

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