多线程之缓存一致性协议

前言：　

　　CPU在摩尔定律的指导下以每18个月翻一番的速度在发展，然而内存和硬盘的发展速度远远不及CPU。这就造成了高性能能的内存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缓存以解决I\O速度和CPU运算速度之间的不匹配问题。　

　　首先在电脑中，CPU读取RAM中的数据数据的流程是，通过I/O总线（BUS），将数据从RAM中获取需要操作的数据进CPU需要如下几个步骤

1. CPU中的三级缓存从RAM中获取该数据。
2. CPU中的二级缓存从三级缓存中获取改数据。
3. CPU中的一级缓存从二级缓存中获取改数据。
4. CPU中的寄存器从一级缓存中获取该数据。然后进行想对应的处理运算。
5. 然后一步步返回给RAM

这是一个单核CPU的处理过程，那么现在随着技术的不断发展和CPU的不断升级，出现了多核CPU 或者一个主板上面有多个CPU的存在，那么上面的操作，在某些时候可能就是不安全的，

因为可能多个线程控制的CPU会同时对该数据进行处理和运算。那么我们该如何解决这种办法呢？

首先我们可能想到在BUS IO总线上进行锁定，但是换个角度思考，如果总线锁定了，那么会对后面其他CPU的执行命令造成堵塞。

多核CPU多级缓存一致性协议MESI

多核CPU的情况下有多个一级缓存，如何保证缓存内部数据的一致,不让系统数据混乱。这里就引出了一个一致性的协议MESI。

加入了这个一致性的方法，就解决了缓存可能造成的不一致的问题。具体流程是怎么走的呢？

1. 首先还是前面的流程，当CPU1进行读取数据的时候，把数据读取到自己的 缓存中时，会给该数据内容打上一个标记E（独享）,该数据就我有，其他人都没有（在此时，CPU会时刻监听其他CPU的状态）。
2. 与此同时，CPU2也后去到了该数据，然后CPU获取到该数据也有其他CPU进行缓存，那么就会给该数据打上 一个S(共享）的状态，且CPU1也 会将该状态改成S。
3. CPU1继续进行，处理完该数据，将状态改成M(修改）将改缓存行进行锁定,与此同时其他CPU 不断的监控状态，获取到之后 将自己的状态改成I（无效）然后进行废弃。
4. 如果同时多个CPU 都将数据修改成M状态，那么底层就会触发一个选举机制，只选出一个人来进行修改M

缓存行（Cache line）:缓存存储数据的单元。CPU 最小的储存单元。

什么时候缓存一致性协议失效呢？

　　当缓存的数据长度大于一个缓存行的时候，就会失效。换句话说就是一个缓存行可以储存多个数据，但是一个数据不可以跨多个缓存行。

未完待续！！

接下来我们要了解一下什么是用户态和内核态：URL:

原文：https://www.cnblogs.com/xiaosisong/p/12426415.html