by shihang.mai

1. CPU组成部件

CPU组成

CPU由以下几个部分组成

• ALU 运算单元。此部件参与CPU计算。
• Registers 寄存器。此部件用于暂存CPU计算需要用到的数据
• PC 程序计算器。此部件用于记录当前指令地址。
• Cache 缓存。此部件用于提高计算效率。因为硬盘、内存、CPU不同的速度，速度快的缓存贵，导致出现多层缓存。
• MMU 内存管理单元。此部件用于将线性地址映射到物理地址。
• CU 控制单元。此部件用于中断。

CPU读取数据时，会按块读取，因为程序局部性原理，可以提高效率

1.1 超线程

即一个ALU对应多组(Registers+pc)，ALU要做一个上下文切换（context switch）。

1.2 NUMA

Uma:多个cpu，没有优先级访问同一个内存。

NUMA：在主板上，有多个独立的cpu插槽，还有离该插槽近的内存，具有该内存的优先级访问

1.3 缓存行

CPU有多级缓存，并且根据局部性原理，会按块读取，每次读取64Byte(英特尔CPU)，这样会导致缓存行伪共享现象

缓存行伪共享

1. 内存中有64Byte的数据块，即缓存行，包括X和Y数据
2. 这个缓存行会在L3、L2、L1都存在。分别保存在那两个CPU上
3. 在CPU1中修改数据X，那么CPU2在操作这个X时，就不是最新的数据，CPU会根据缓存一致性协议，重新读取整个缓存行。造成了缓存行伪共享现象

缓存一致性协议,英特尔和AMD都有自己的实现，而英特尔的实现方案是MESI,MESI分别对应缓存行中数据的状态

• M:modified 修改的

• E:exclusive 专有的

• S:share 共享的

• I:invalid 非法的

ps:当有些跨越多个缓存行的数据，那么会直接锁总线来保持数据一致性。

1.4 缓存行对齐

正因为上面的缓存行伪共享现象

• jdk8前:会用long p1 p2 p2 p4 p5 p6 p7占用字节,解决缓存行伪共享现象
• jdk8后:JVM参数设置参数 -XX:-RestrictContended，用@Contended 修饰成员变量，解决缓存行伪共享现象

1.5 CPU乱序执行

cpu不是乱序，而是同时执行，提高效率。但是乱序执行会导致问题。

多线程情况下，乱序执行会导致问题，dcl就是典型的例子（见DCL volatile章节)。

2. 汇编执行过程

数字	助记符
01001000	mov
10110011	add

汇编执行