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CPU缓存一致性协议工程应用实战指南

共计 30 章节

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学习目标 · 课程结构 · 缓存一致性问题的历史背景与工程意义

课程导入学习目标

CPU缓存层次结构 · 缓存行 · 命中与缺失

缓存基础CPU

一致性问题的本质

多核共享内存 · 数据竞争 · 缓存不一致的典型场景与故障表现

一致性问题的本质多核共享内存

MESI协议详解

四种状态转换 · 状态机 · 总线嗅探与失效广播机制

MESI协议详解

MOESI与MESIF协议

扩展状态 · 优化动机 · 与MESI的差异及适用场景

目录式一致性协议

目录结构 · 所有权转移 · 与嗅探协议的对比及分布式系统中的应用

目录式一致性协议目录结构

一致性协议与内存模型

顺序一致性 · TSO · 弱内存模型

一致性协议内存模型

硬件实现细节

缓存控制器 · 状态位 · 总线事务

硬件实现细节缓存控制器

多核处理器中的一致性流量

读写请求 · 失效消息 · 数据转发

多核处理器一致性流量

伪共享问题

定义 · 成因 · 检测方法

伪共享问题定义

缓存一致性性能分析

命中率 · 一致性流量 · 延迟

缓存一致性性能分…命中率

x86平台一致性实践

Intel/AMD实现 · MESIF协议 · 锁指令

x86平台一致性实践

ARM平台一致性实践

AMBA ACE/CHI协议 · DSU · 缓存一致性互连

ARM平台一致性实践

GPU与异构计算中的一致性

GPU缓存 · CPU-GPU一致性 · HSA/OpenCL内存模型

GPU异构计算

一致性协议与并发编程

原子操作 · 自旋锁 · 读写锁

一致性协议并发编程

调试与诊断工具

性能分析器 · 硬件计数器 · 追踪工具

调试诊断工具

多线程程序性能优化——消除伪共享 · 减少一致性流量 · 提升扩展性

案例实战多线程程序性能优…

数据库系统缓存一致性——索引结构 · 锁管理 · 缓冲区池的优化

案例实战数据库系统缓存一…

网络协议栈与消息队列——多核处理中的…

案例实战网络协议栈

实时系统与嵌入式多核——确定性 · 延迟控制与一致性协议配置

案例实战实时系统

常见问题与陷阱

内存屏障缺失 · 编译器重排 · 硬件优化导致的隐蔽错误

常见问题陷阱

一致性协议与虚拟化

虚拟机调度 · vCPU迁移 · TLB与缓存一致性交互

一致性协议虚拟化

一致性协议与NUMA架构

本地/远程内存访问 · NUMA感知编程 · 一致性流量分布

NUMA一致性协议

一致性协议验证 · 形式化方法 · 硬件仿真与测试策略

高级主题一致性协议验证

可扩展一致性协议——多芯片互连 · CXL协议 · 缓存一致性扩展

高级主题可扩展一致性协议

非易失性内存与一致性——持久化内存 · 写持久化屏障 · 崩溃一致性

高级主题非易失性内存

工程实践方法论

性能建模 · 瓶颈定位 · 优化迭代

工程实践方法论性能建模

综合实战项目

设计一个多核缓存一致性模拟器——实现… · 统计性能指标

综合实战项目设计一个多核缓存…

综合实战项目

优化一个真实多线程应用——从分析到优… · 验证与文档化

综合实战项目优化一个真实多线…

课程总结与进阶路径

核心知识回顾 · 常见误区 · 推荐资源

课程总结进阶路径