就爲了一個原子操做，其餘CPU核心罷工了

i++問題

「阿Q趕快回去吧，隔壁二號車間的虎子說咱們改了他們的數據，上門來鬧事了」

因爲老K的忽然出現，我不得不提早結束與小黑的交流，趕回了CPU一號車間。

見到我回來，虎子馬上朝我嚷嚷：「大家是怎麼回事？才幾納秒的時間，就把數據給我改了，你說這事怎麼辦吧！」

我聽着迷迷糊糊的，連連說到：「虎子你先別急，我剛回來，到底出什麼事兒了，先讓我瞭解清楚好很差？」

接下來，老K把事情的通過告訴了我。原來，咱們兩個CPU車間各自負責的線程都在執行一個i++的操做，咱們都把i的值放到了本身的緩存中，完了以後都沒有通知對方，加了兩次但結果卻只有一次，出現了數據不一致問題。

原子操做

瞭解清楚事情的原委以後，我向虎子說道：「你們都執行同樣的代碼，這事兒也不能怪咱們啊」

虎子一聽急了，「怎麼不怪大家了，咱們比大家先一步找內存拿走了i，那大家得等咱們加完以後再用啊，不信你能夠打電話問內存那傢伙，看看是否是咱們二號車間先來的」

「好好好，你先冷靜一下，你看咱們又不知道大家先去拿了，這不情有可原嗎，再說如今事情已經出了，咱們應該一塊兒坐下來想個辦法避免之後再次出現這種問題，你說是否是？」

虎子嘆了口氣問道：「那你說說你有什麼辦法？」

我繼續說道：「你看啊，像我們在執行i++這種操做的時候就不該該被幹擾」

「不被幹擾？」

「對，好比虎子大家二號車間在訪問i的時候，咱們一號車間就不能訪問，須要等着，等大家訪問完成咱們再來，很是簡單的辦法卻頗有用」

虎子聽完一愣，「這不就是加鎖嗎？你是想怪程序員作i++前沒有加鎖？」

「的確是加鎖，不過這種簡單操做還要程序員來加鎖那也太麻煩了，我們CPU內部處理好就好了」

「內部處理，你打算怎麼實現？」，虎子問到。

「這，，讓我想一想···」，虎子問到了具體實現，我倒還沒想到這一步。

這時，一旁的老K站了出來：「我卻是有個辦法，能夠找總線主任啊，他是負責協調各個車間使用系統總線訪問內存的總指揮，讓他在中間協調一下應該不難」

老K一語點醒夢中人，接着咱們就去找了總線主任，後來咱們商量出了一套解決方案：咱們定義了一個叫原子操做的東西，表示這是一個不可切分的動做，誰要執行原子操做，總線主任就在系統總線上加上一個LOCK#信號，其餘車間的想去訪問內存就得等着，直到原子操做指令執行完畢。

咱們把這套方案上報了領導，很快就批下來了，後面咱們8個車間都按照這套方案來工做，之後程序員們把i++這樣的動做換成原子操做後，問題就能迎刃而解。

不過施行了一段時間以後，各個車間卻開始大倒苦水：就由於某個車間要執行一個原子操做，就讓總線主任把系統總線鎖住，其餘車間的人都無法訪問內存，都幹不了活了，嚴重影響工做效率。

抱怨歸抱怨，在沒有更好的替代方案出現以前，日子還得過下去。

緩存引起的問題

不過，沒過多久，數據不一致問題又一次出現了。

這一次，倒不是加法的問題，咱們兩車間仍是由於各自緩存的緣由，前後修改了變量的值，對方沒有即時知道，誤用了錯誤的值，以至釀成大錯。

「阿Q，上次那辦法好是好，可解決不了這一次的問題啊」，虎子再次找上門來。

「你來的正好，我正想去找你說這事呢」

「哦，是嗎，難不成你想到破解之道了？」

「只是一些初步的想法，問題的核心在於如今我們各個車間各自爲政，都有本身的私有緩存，各自修改數據後向內存更新時也不互相打招呼，缺乏一個聯絡機制」

虎子點了點頭，「確實，因此我們須要創建一個聯絡機制，來對各個車間的緩存內容進行統一管理是嗎？」

「對！這事兒咱倆說了可不算，我建議召集8個核心車間的表明，統一開一個會議，詳細討論下這個問題。哦，對了，把總線主任也叫上，他經驗豐富說不定能提供一些思路」

緩存一致性協議MESI

很快，我們CPU的8個核心車間就爲此問題召開了會議，而且取得了很是重要的成果。

咱們牽了一條新的專線，把8個核心車間鏈接起來，用於各個車間之間進行信息溝通，不一樣於CPU外部的總線系統，你們把這個叫片內總線。

新的線路鋪設好了，之後你們就能夠經過這條線路即時溝通，爲了解決以前出現的問題，你們還制定了一套規則，叫作緩存一致性協議。

規則裏面規定了全部車間的緩存單元——緩存行有四種狀態：

• 已修改Modified (M)

緩存行已經被修改了，與內存的值不同。若是別的CPU內核要讀內存這塊數據，要趕在這以前把該緩存行回寫到主存，把狀態變爲共享(S).

• 獨佔Exclusive (E)

緩存行只在當前CPU核心緩存中，並且和內存中數據同樣。當別的CPU核心讀取它時，狀態變爲共享；若是當前CPU核心修改了它，就要變爲已修改狀態。

• 共享Shared (S)

緩存行存在於多個CPU核心的緩存中，並且和內存中的內容一致。

• 無效Invalid (I)

緩存行是無效的

四種狀態之間的轉換是這樣的：

按照這套規則，你們不能再像之前那樣隨意了，各車間對自家緩存進行讀寫時，都要相互通一下氣，避免使用過期的數據。

除此以外，還規定若是一塊內存區域被多個車間都緩存，就再也不容許多個車間同時去修改緩存了。

會議還有另一個收穫，之前被各車間詬病的每次原子操做都要鎖定總線，致使你們須要訪問內存的都只能乾等着的問題也獲得瞭解決。之後總線主任再也不須要鎖定總線了，經過此次的緩存一致性協議就能夠辦到。

自此之後，數據不一致的問題總算是根治了，我們8個車間又能夠愉快的工做了。

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