CPU高速缓存行

CPU 为了更快的执行代码。于是当从内存中读取数据时，并不是只读自己想要的部分。而是读取足够的字节来填入高速缓存行。根据不同的 CPU ，高速缓存行大小不同。如 X86 是 32BYTES ，而 ALPHA 是 64BYTES 。并且始终在第 32 个字节或第 64 个字节处对齐。这样，当 CPU 访问相邻的数据时，就不必每次都从内存中读取，提高了速度。 因为访问内存要比访问高速缓存用的时间多得多。

 

但是，多核发达的年代。情况就不能那么简单了。试想下面这样一个情况。

1、      CPU1 读取了一个字节，以及它和它相邻的字节被读入 CPU1 的高速缓存。

2、      CPU2 做了上面同样的工作。这样 CPU1 ， CPU2 的高速缓存拥有同样的数据。

3、      CPU1 修改了那个字节，被修改后，那个字节被放回 CPU1 的高速缓存行。但是该信息并没有被写入 RAM 。

4、      CPU2 访问该字节，但由于 CPU1 并未将数据写入 RAM ，导致了数据不同步。

 

为了解决这个问题，芯片设计者制定了一个规则。当一个 CPU 修改高速缓存行中的字节时，计算机中的其它 CPU 会被通知，它们的高速缓存将视为无效。于是，在上面的情况下， CPU2 发现自己的高速缓存中数据已无效， CPU1 将立即把自己的数据写回 RAM ，然后 CPU2 重新读取该数据。 可以看出，高速缓存行在多处理器上会导致一些不利。

 

从上面的情况可以看出，在设计数据结构的时候，应该尽量将只读数据与读写数据分开，并具尽量将同一时间访问的数据组合在一起。这样 CPU 能一次将需要的数据读入。

 

如：

Struct __a

{

   Int id; // 不易变

   Int factor;// 易变

   Char name[64];// 不易变

   Int value;// 易变

} ；

这样的数据结构就很不利。

在 X86 下，可以试着修改和调整它

Struct __a

{

   Int id; // 不易变

Char name[64];// 不易变

Char __Align[32 – sizeof(int)+sizeof(name)*sizeof(name[0])%32]

   Int factor;// 易变

   Int value;// 易变

Char __Align2[32 –2* sizeof(int)%32]

 

} ；

 

32 – sizeof(int)+sizeof(name)*sizeof(name[0])%32

看起来很不和谐， 32 表示 X86 中，高速缓存行为 32BYTES 大小。 __Align 用于显式对齐。