cpu缓存伪共享问题

Posted 2022-06-14 奇妙之二进制

缓存系统中是以缓存行（cache line）为单位存储的，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，这就是伪共享。

CPU1想要修改X，CPU2想要修改Y，这两个频繁改动的变量在同一个缓存行上，两个争夺缓存行的拥有权。

CPU1抢到后，更新X，那么CPU2上的缓存行的状态就会变成I状态（无效）——状态含义（MESI协议）

当CPU2抢到，更新Y，CPU1上缓存行就会变成I状态（无效）

轮番抢夺，不仅会带来大量的RFO消息，而且某个线程读取此行数据时，L1和L2缓存上都是失效数据，只有L3是同步好的。

表面上 X 和 Y 都是被独立线程操作的，而且两操作之间也没有任何关系。只不过它们共享了一个缓存行，但所有竞争冲突都是来源于共享。

因此，当两个以上CPU都要访问同一个缓存行大小的内存区域时，就会引起冲突，这种情况就叫“伪共享”

解决方案

• 让不同线程操作的对象处于不同的缓存行

在内核代码里经常会看到对数据结构的大小进行扩充，以使得其独占一个缓存行。