"多核编程入门"
本文是针对多核编程初学者的综合指南，旨在帮助读者理解并掌握多核编程的基本概念和技术。作者通过整理国内外相关网站的资料和个人实践经验，分享了多核编程的关键点。
一、并发与并行的区别
1.1 串行：程序按顺序执行，同一时刻只有一个任务在运行。
1.2 并发：多个任务在逻辑上同时进行，但可能交替在单个处理器上执行。
1.3 并行：多个任务在同一时刻在多个处理器或核心上真正同时执行。
1.4 多核编程的难点：包括但不限于内存访问冲突、同步问题、性能优化和调试复杂性。
二、多核体系架构
2.1 多核处理器定义：由两个或更多独立的处理单元集成在一个芯片上。
2.2 多核发展趋势：随着技术进步，多核处理器的核数持续增加。
2.3 举例：如最新Mac Pro配备12个核心的处理器。
2.4 Linux线程核绑定：通过核亲和性绑定和cgroup资源控制来管理线程在特定核心上的执行。
三、内存模型
3.1 操作原子性：确保操作不可分割，避免数据竞争。
3.1.1 保证机制：包括锁、CAS（比较并交换）和原子指令。
3.1.2 硬件原子操作：如x86架构的lock前缀指令。
3.1.3 总线锁：通过总线锁定实现原子操作。
3.2 缓存一致性：保持多个处理器缓存中的数据同步。
3.2.1 定义：所有处理器看到的数据一致。
3.2.2 CC协议：如MESI协议确保一致性。
3.2.3 伪共享：当不同线程修改同一块高速缓存行的不同部分时产生的问题。
3.3 顺序一致性：一种强一致性模型，所有处理器看到的操作顺序相同。
3.3.1 定义：程序执行顺序与某个全局排序一致。
3.3.2 约束：包括SC（顺序一致性）、TSO（总线同步）等。
3.3.3 内存屏障：用于限制指令重排序，保证顺序一致性。
四、并发级别
4.1 WAIT-FREEDOM：无等待并发，无需等待其他线程释放资源。
4.2 LOCK-FREEDOM：无锁并发，不使用互斥锁。
4.3 OBSTRUCTION-FREEDOM：无阻塞并发，避免线程阻塞等待。
4.4 BLOCKINGALGORITHMS：阻塞并发，线程可能因为等待资源而暂停。
五、锁机制
5.1 信号量：控制资源访问，允许多个线程同时访问。
5.2 自旋锁：线程在获取锁失败时循环检查，不进入内核等待状态。
5.3 读写锁：读锁可共享，写锁独占。
5.4 顺序锁：保证操作顺序，避免数据竞争。
5.5 RCU（Read-Copy-Update）：用于读多写少的场景，允许延迟更新。
六、无锁编程
6.1 定义：通过原子操作实现并发控制，无需使用锁。
七、并发数据结构与开源库
7.1 开源库：如Boost.Lockfree、Intel TBB等提供高效并发数据结构。
7.2 无锁哈希表与基于锁的哈希表性能对比测试：展示了无锁数据结构的优势。
八、多核工程实践
8.1 网络设备：Intel DPDK加速网络处理。
8.2 网络游戏：利用多核提高服务器性能。
8.3 手机开发：多核优化提升移动应用体验。
九、参考文献
文中引用的相关书籍、文章和在线资源列表。
这篇文档涵盖了多核编程的基础知识，从并发并行的概念到具体的编程技术和实践应用，是学习多核编程的良好起点。
我的内容管理
展开
