week7. 学习总结

top查询系统负载

当前正在系统中正在执行的进程+等待执行的进程。

理想情况CPU核数=正在执行的进程+等待执行的进程。

锁原语CAS(V,E,N)，是一种操作系统原语，执行是连续的，不可被打断

V 要更新的变量

E 预期值

N 新值

如果V值等于E值，则将V值设为N，否则什么都不做

Java通过CAS原语在对象头中修改Mark Work 实现锁

偏向锁 不能竞争，竞争就升级。一段代码一直被一个线程访问，该线程自动获取锁

轻量级锁是非公平锁，有可能导致饥饿。当锁是偏向锁时，被另一个线程访问，就会升级为轻量级锁，其他线程通过自旋形式尝试获取锁，不会阻塞，提高性能。

重量级锁 是公平锁，轻量级锁自旋一定次数后悔进入阻塞，重量级锁会创建监视器队列，让线程进入等待，性能降低，一旦锁被释放，则队列头部将获得锁。

可重入锁 某个线程已经获得锁，可以再次获取锁而不会出现死锁



多CPU情况下CAS用总线锁或缓存一致性算法解决冲突

总线锁：处理器在内存总线上输出LOCK#信号时，其他处理器的请求将被阻塞，该处理器独占内存

缓存锁：从处理器写回内存时，修改内部内存地址，使用缓存一致性机制保障操作的原子性，是当某块CPU对缓存中的数据进行操作了之后，就通知其他CPU放弃储存在它们内部的缓存，或者从主内存中重新读取。



MESI协议[摘自 https://blog.csdn.net/qq_35642036/article/details/82801708]

MESI协议：是以缓存行(缓存的基本数据单位，在Intel的CPU上一般是64字节)的几个状态来命名的(全名是Modified、Exclusive、 Share or Invalid)。该协议要求在每个缓存行上维护两个状态位，使得每个数据单位可能处于M、E、S和I这四种状态之一，各种状态含义如下：

       M：被修改的。处于这一状态的数据，只在本CPU中有缓存数据，而其他CPU中没有。同时其状态相对于内存中的值来说，是已经被修改的，且没有更新到内存中。

        E：独占的。处于这一状态的数据，只有在本CPU中有缓存，且其数据没有修改，即与内存中一致。

        S：共享的。处于这一状态的数据在多个CPU中都有缓存，且与内存一致。

        I：无效的。本CPU中的这份缓存已经无效。



     一个处于M状态的缓存行，必须时刻监听所有试图读取该缓存行对应的主存地址的操作，如果监听到，则必须在此操作执行前把其缓存行中的数据写回CPU。

        一个处于S状态的缓存行，必须时刻监听使该缓存行无效或者独享该缓存行的请求，如果监听到，则必须把其缓存行状态设置为I。

        一个处于E状态的缓存行，必须时刻监听其他试图读取该缓存行对应的主存地址的操作，如果监听到，则必须把其缓存行状态设置为S。



       当CPU需要读取数据时，如果其缓存行的状态是I的，则需要从内存中读取，并把自己状态变成S，如果不是I，则可以直接读取缓存中的值，但在此之前，必须要等待其他CPU的监听结果，如其他CPU也有该数据的缓存且状态是M，则需要等待其把缓存更新到内存之后，再读取。



       当CPU需要写数据时，只有在其缓存行是M或者E的时候才能执行，否则需要发出特殊的RFO指令(Read Or Ownership，这是一种总线事务)，通知其他CPU置缓存无效(I)，这种情况下性能开销是相对较大的。在写入完成后，修改其缓存状态为M。