CPU Cache 与读写锁的关系

问题描述

在多进程操作 int8 类型数据时，为什么我们在代码里还要加读写锁？如果 CPU Cache 通过写广播和事务串行化能保证 cache 中缓存的数据的一致性，那么读写锁在这里充当了什么角色？

回答

CPU 缓存不会缓存 int8，因此 CPU Cache 与读写锁并不直接相关。对于 int8 等无法原子操作的数据类型，需要加锁保证数据的一致性。如果不加锁，不同进程访问同一份数据时可能会造成数据混乱。

CPU Cache 与缓存一致性协议

CPU 严格按照缓存一致性协议工作，对于单个指令对单个 cacheline 的操作，是可以保证原子性的。但是实际实现中，为了性能，CPU 和缓存都不是教条主义，而可能是机会主义。为了避免缓存的性能瓶颈，CPU 采用了写广播和事务串行化等技术来优化缓存性能。然而对于无法原子操作的数据类型，如 int8，需要使用读写锁等机制来保证数据的一致性。此类机制会绕过 CPU Cache 的优化，确保数据的全局可见。

代码示例

在代码中，以下操作需要加锁保证数据一致性：

• 读取 int8 数据
• 写入 int8 数据

另外，需要注意单个操作的原子性并不能保证整体操作的原子性。因此，在实现功能操作时，需要考虑整体原子性。

以下是使用锁控制共享资源的示例代码：

struct lock_t {
    int flag;
};

struct lock_t lock = {0};

int main()
{
    while (1) {
        if (cas(lock, 0, 1) == SUCCESS) {
            // 读取或写入 int8 数据
            lock = 0;
            break;
        } else {
            sleep(1);
        }
    }
    return 0;
}

结论

CPU Cache 通过写广播和事务串行化等技术来优化性能，对于单个指令对单个 cacheline 的操作是可以保证原子性的。对于无法原子操作的数据类型，如 int8，需要使用读写锁等机制来保证数据的一致性。同时，需要注意单个操作的原子性并不能保证整体操作的原子性，在实现功能操作时，需要考虑整体原子性。