27、深入解析多处理器系统：缓存一致性与性能优化

深入解析多处理器系统：缓存一致性与性能优化

1. 多处理器系统的挑战

在多处理器系统中，大规模 n 路 Windows 2000 多处理器的规模调整、配置和调优是一项极具挑战性的任务。其中，缓存一致性问题是限制这种计算机体系结构可扩展性的最显著因素之一。

2. 缓存一致性问题

• 缓存的作用 ：各种形式的处理器缓存，如转换后备缓冲器（TLBs）、代码和数据缓存以及分支预测表，在奔腾、奔腾 Pro、奔腾 II 和奔腾 III 等流水线机器的性能中起着关键作用。为了提高性能，在多处理器配置中，每个 CPU 都保留自己的私有缓存内存。
• 问题的产生 ：多个线程在 Windows 2000 内核中执行或同时运行设备驱动程序代码时，可能会尝试访问相同的内存位置。将本地缓存的内存位置内容更改传播到其他拥有相同共享内存位置私有副本的引擎是一个主要问题，即共享内存多处理器中的缓存一致性问题。

3. 缓存一致性的重要性

• 程序正确执行的必要条件 ：在共享内存多处理器中，保持缓存一致性对于程序的正确执行绝对必要。尽管独立的程序执行线程在大多数情况下相互独立运行，但有时它们必须进行交互。当它们读写公共或共享内存数据结构时，线程必须进行通信并协调对这些内存位置的访问，而这种协调不可避免地会对性能产生影响。
• 示例说明 ：以两个内核线程同时尝试访问 Windows 2000 调度器就绪队列为例，像就绪队列这样的全局数据结构可能会被