多线程和内存

Question

我在Visual C++文档中读到，多个线程从同一对象读取是安全的。

我的问题是：具有多个核心的X86-64 CPU如何处理这个问题？

假设你有一个1 MB的内存块。不同的线程是否真正能够同时读取完全相同的数据，或者核心每次只能读取一个字，并且只允许一个核心读取特定的字？

- links77

Answer 1

如果在您的1MB块中真的没有写入操作，那么是的，每个核心都可以从自己的缓存行读取而不会出现任何问题，因为没有提交写入操作，因此也不会出现缓存一致性问题。

在多核体系结构中，基本上每个核心都有一个缓存和一个"缓存一致性协议"，该协议使某些没有最新信息的核心的缓存无效。我认为大多数处理器实现了MOESI协议以实现缓存一致性。

缓存一致性是一个复杂的主题，已经广泛讨论过（我特别喜欢Joe Duffy的一些文章这里和这里）。然而，讨论围绕着代码可能面临的性能惩罚，尽管看起来是无锁的，但由于缓存一致性协议启动以在处理器缓存之间维护一致性，因此可能会减慢速度，但只要没有写入，就没有需要维护的一致性，因此不会影响性能。

仅作澄清，正如评论中所说，由于x86和x64架构实现单总线，因此无法同时访问RAM，而SMP保证了公平访问主内存。尽管如此，每个核心缓存都隐藏了这种情况，使得每个核心都可以拥有自己的数据副本。对于1MB的数据，当核心更新其缓存时可能会导致一些竞争，但那是微不足道的。

一些有用的链接:

• 缓存一致性协议
• 缓存一致性

- Jorge Córdoba

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一般来说，今天的正确答案是：RAM本身不能支持多个并发访问，但这在缓存中被有效地隐藏了。但是，如果多个内核执行非缓存读取，则仍需要对这些请求进行仲裁。 - MSalters

Answer 2

不仅不同的核心允许从同一块内存中读取，而且它们也可以同时写入。但是，这是否“安全”是完全不同的故事。您需要在代码中实现某种保护（通常使用信号量或其衍生物）来防止多个核心争夺同一块内存，以一种您不特别允许的方式。

关于每次核心读取的内存大小，通常是一个寄存器的值，在32位CPU上为32位，在64位CPU上为64位等。即使是流式传输也是逐个字进行的（例如，查看memcpy）。

关于并发多核心的实际情况，每个核心都使用单个总线读写内存，因此访问任何资源（RAM、外部设备、浮点处理单元）都是一个请求一次，一个核心一次。但是，核心内部的实际处理是完全并发的。DMA传输也不会阻塞总线，同时传输会排队，逐个进行处理（我相信，对此不是100％确定）。

编辑：只是为了澄清，与其他回复不同，我只谈论没有缓存的情况。当然，如果缓存该内存，则只读访问是完全并发的。

- Blindy

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现代处理器中，任何内存访问实际上都有一个缓存行的大小 = 64字节。对缓存行的访问是原子性的。多个核心可以共享读取缓存行。 - osgx