操作系统底层认知

青旅半醒 2021-09-25 06:08 248阅读 0赞

CPU发展中，比较著名的摩尔定律：

摩尔定律是[英特尔][Link 1][创始人][Link 2]之一[戈登·摩尔][Link 3]的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能每隔两年翻一倍。

摩尔定律是内行人摩尔的经验之谈，汉译名为“定律”，但并非自然科学定律，它一定程度揭示了信息技术进步的速度。

CPU经过几年的发展，速度已经非常快，而内存虽然经过几年的发展，也比较快，但CPU的性能远远快于内存性能。CPU每次都要去内存中读取数据，内存性能比较慢，效率比较低，而且CPU和内存自主板上是不同的位置，相对于计算机来说，距离也非常远，为了解决这个问题，充分利用CPU的效率，引入了三级缓存

L1缓存速度最快，离CPU内核最近，仅次于嵌在CPU内核上的寄存器，速度比较依次是：寄存器>L1>L2>L3>内存,CPU的速度大概是内存的100倍左右，空间大小比较：寄存器<L1<L2<L3<内存

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内存读取的数据先放到L3，接下来L2、L1，最后放到寄存器，CPU只会从寄存器中读取数据，每个CPU都有一个自己独有的寄存器、不会被其他CPU访问到。跨CPU是不能访问对方的缓存的。

L3共享指的是只能被当前CPU上的其他内核访问到，不能被其他的CPU访问到。L1、L2是每个内核独享的.

缓存不能太大的原因：从硬件层面，芯片的大小有限制，越大需要的空间越大

缓存由最小的存储区块->**缓存行(cacheline)**组成，缓存行大小通常是**64byte；4M的空间的缓存行=4\*1024\*1024/64**

当线程需要读取内存的某一个值时，CPU先从L1缓存行找，找不到再从L2缓存行，L2缓存行找不到，再从L3缓存行，L3缓存行找不到，再去内存里找，找到之后并不会直接读到寄存器中，而是复制一份到L3缓存，再一次复制一份到L2、L1。L1的空间最先被使用完，缓存淘汰之后再去L2、L3找。

空间局部性原则：如果一个寄存器的位置被引用，那么将来它附近的位置也有可能被使用。  
时间局部性原则：被引用过一次的存储器位置在未来会被多次引用

[Link 1]: https://baike.baidu.com/item/%E8%8B%B1%E7%89%B9%E5%B0%94/305730
[Link 2]: https://baike.baidu.com/item/%E5%88%9B%E5%A7%8B%E4%BA%BA/36538
[Link 3]: https://baike.baidu.com/item/%E6%88%88%E7%99%BB%C2%B7%E6%91%A9%E5%B0%94/1085446
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