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南昌达内培训软件开发内存模型的概念与应用

发布：南昌达内IT培训
来源：互联网
时间：2021-11-02 13:38

随着互联网的不断发展，越来越多的人都在学习计算机编程开发技术，下面我们就通过案例分析来了解一下，软件开发内存模型的概念与应用。

南昌达内培训软件开发内存模型的概念与应用

在多核系统中，处理器一般有一层或者多层的缓存，这些的缓存通过加速数据访问(因为数据距离处理器更近)和降低共享内存在总线上的通讯(因为本地缓存能够满足许多内存操作)来提高CPU性能。缓存能够大大提升性能，但是它们也带来了许多挑战。例如，当两个CPU同时检查相同的内存地址时会发生什么?在什么样的条件下它们会看到相同的值?

在处理器层面上，内存模型定义了一个充要条件，“让当前的处理器可以看到其他处理器写入到内存的数据”以及“其他处理器可以看到当前处理器写入到内存的数据”。有些处理器有很强的内存模型(strongmemorymodel)，能够让所有的处理器在任何时候任何指定的内存地址上都可以看到完全相同的值。而另外一些处理器则有较弱的内存模型(weakermemorymodel)，在这种处理器中，必须使用内存屏障(一种特殊的指令)来刷新本地处理器缓存并使本地处理器缓存无效，目的是为了让当前处理器能够看到其他处理器的写操作或者让其他处理器能看到当前处理器的写操作。这些内存屏障通常在lock和unlock操作的时候完成。内存屏障在高级语言中对程序员是不可见的。

在强内存模型下，有时候编写程序可能会更容易，因为减少了对内存屏障的依赖。但是即使在一些强的内存模型下，内存屏障仍然是必须的。设置内存屏障往往与我们的直觉并不一致。近来处理器设计的趋势更倾向于弱的内存模型，因为弱内存模型削弱了缓存一致性，所以在多处理器平台和更大容量的内存下可以实现更好的可伸缩性

“一个线程的写操作对其他线程可见”这个问题是因为编译器对代码进行重排序导致的。例如，只要代码移动不会改变程序的语义，当编译器认为程序中移动一个写操作到后面会更有效的时候，编译器就会对代码进行移动。如果编译器推迟执行一个操作，其他线程可能在这个操作执行完之前都不会看到该操作的结果，这反映了缓存的影响。

此外，写入内存的操作能够被移动到程序里更前的时候。在这种情况下，其他的线程在程序中可能看到一个比它实际发生更早的写操作。所有的这些灵活性的设计是为了通过给编译器，运行时或硬件灵活性使其能在佳顺序的情况下来执行操作。在内存模型的限定之内，我们能够获取到更高的性能。

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