false sharing和mesi

主要看到两个文章，之前看brpc的mesi相关的线程极致优化，当时没看全

MESI协议 是一种用于维护多核CPU缓存一致性的协议，确保多个核心访问共享内存时数据的一致性, 它是缓存一致性协议中最常见的一种

• M (Modified)：缓存行已被修改（与主内存不一致），且只有当前核心拥有最新数据。

• E (Exclusive)：缓存行与主内存一致，且只有当前核心拥有该缓存行。

• S (Shared)：缓存行与主内存一致，但可能被多个核心共享。

• I (Invalid)：缓存行无效（不能使用），需要从主内存或其他核心重新加载数据。

1 行为

MESI协议通过状态转换来维护缓存一致性

1.1 读取

如果缓存行状态为M/E/S，核心可以直接读取数据。

如果状态为I，核心需要从主内存或其他核心加载数据，并将状态更新为S或 E。

1.2 写入

• 如果缓存行状态为M，核心可以直接写入。

• 如果状态为E，核心将状态改为M并写入。

• 如果状态为S，核心需要广播Invalidate信号，使其他核心的缓存行失效（变为I），然后将状态改为M并写入。

• 如果状态为 I，核心需要从主内存或其他核心加载数据，然后执行写入操作。

1.3 状态转换

• M → S：当其他核心请求共享该缓存行时，当前核心将数据写回主内存，状态改为 S。
• E → S：当其他核心请求共享该缓存行时，状态改为S
• S → I：当其他核心修改该缓存行时，当前核心的缓存行失效。
• I → E/S：当核心从主内存或其他核心加载数据时，状态改为E或S。
• E → M：当核心写入数据时，状态改为M。
• S (→ I )→ M: 核心需要广播 Invalidate 信号, 然后将状态改为 M 并写入

2 false sharing

主要存在一种情况，两个不同线程，访问的不同数据，在一个cache line上，导致了false sharing

假设这个数据的cache line是X

1. 内存地址X的数据为10, Core1和Core2的缓存行状态均为I。
2. Core1读取X, Core1从主内存加载数据，缓存行状态变为E。
3. Core2读取X, Core2从主内存加载数据，Core1和Core2的缓存行状态均变为S
4. Core1修改X, Core1发送Invalidate信号，Core2的缓存行状态变为 I。Core1的缓存行状态变为M，数据更新为20。
5. Core2 读取 X, Core2发现缓存行状态为I，向 Core1请求数据, Core1 将数据写回主内存，状态变为S, Core2加载数据，状态变为S

step	Core1	Core2
初始	I	I
core1读取x	E	I
core2读取x	S	S
core1写入x	M	I
core2读取x	S	S