单线程在多核处理器上的数据可见性

Question

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在单线程程序中，如果线程在核1中进行更改，如何使核2看到更改后的值，以便在上下文切换后，线程（现在在核2上运行）将具有更新的值？

考虑以下示例：

1.变量x在主存储器中的值为10。 2.线程在核1上运行，并将x更改为5，它仍然在缓存中，尚未刷新到主存储器，因为我们没有使用任何内存屏障。 3.发生上下文切换，线程从核1移动到核2。 4.线程读取x的值。

如果线程在上下文切换后在核2中恢复执行，x的值将是多少？

如果“缓存一致性”管理一致性以处理上述情况，那么为什么在多线程程序中需要显式锁定（或任何读/写屏障）？

- javaq

1个回答

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- Martin Nyolt · Accepted Answer

考虑到你的第一个问题，上下文切换也会保留寄存器内容。因此，线程将看到最新的值，即使移动到另一个核心（或CPU）。

然而，对于多线程程序，不同线程的CPU寄存器是不同的（无论线程在多少个核心上执行），而寄存器不属于缓存一致性。

因此，我认为，多线程程序确实需要确保寄存器中的值与主内存中的值是最新的。（缓存一致性只确保CPU缓存与内存是最新的）。因此，我想，你需要一个屏障来同步寄存器和内存。

你可以这样理解：程序实际上仅在主内存上运行。但编译器优化对主内存的访问并使用寄存器进行中间操作。因此，程序仅访问内存和寄存器。然而，CPU还引入了自己的内存缓存。从内存读取和写入都被CPU内部地优化为缓存。缓存一致性仅在CPU内部确保缓存是最新的（因此，访问内存的程序得到正确的值）。

总之：

- 缓存一致性确保缓存和内存是最新的，它超出了程序的控制范围，因为它是CPU内部的。 - 上下文切换由操作系统处理，它在将线程移动到不同的核心时确保寄存器的正确值。 - 内存屏障确保寄存器和内存是最新的，这是程序必须确保的。