总线监测(Bus Watching)

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总线监测技术的基本原理是：


CPU 和 外部设备 访问内存时都必须经过总线仲裁，现在使用一个专门的硬件模块记录在缓存中的内存区域，当外部设备对内存进行写入操作时，该模块判断这个区域是否位于 CPU 缓存中，如果是则使缓存无效。缓存无效后，就会重新加载内存刷新缓存。当外部设备读取内存时，如果这个内存区域在缓存中，并且缓存已经被 CPU 修改，就把缓存写到内存中。这样内存就得到了更新。

所以，在 X86 的单 CPU 平台上，软件不需要考虑内存一致性问题，但是在多 CPU 平台上情况会变得复杂。

在多 CPU 的系统中，各个 CPU 都有各自独立的缓存，而缓存大小远远小于内存大小，因此缓存和内存是一对多的关系。也就是说一个缓存行可以对应多个内存区域。在这种情况下，可能 CPU1 对缓存的修改还没回写到内存中，但此时 CPU2 已经已经发出读取操作(假设 CPU2 读取的内存区域还未曾经加载到缓存中)，这时 CPU2 读取到的是旧的数据。即使 CPU1 及时地把修改的内容回写到内存中，但由于 CPU2 在此之前已经把对应的内存区域读取到缓存中，因此 CPU2 仍然是从换从中读取旧数据。


然而，有总线监测技术的保证，X86 架构可以保证 写操作 的 cache 和内存的一致性。假设 CPU1 对某个内存地址进行了写操作，结果保存在 CPU 的缓存中，且没有及时回写到内存。这时，CPU2 对相应内存进行读取，只要对应的内存地址在此之前并没有在 CPU2 的缓存中 (CPU2 由于没有缓存命中，因此通过内存总线对该地址进行了一次读取操作)，在这种情况下，总线监测模块仍然能够保证 CPU2 读取到的是最新的值。因此，在对关键数据结构的写入操作后，软件不需要额外的考虑内存屏障问题。如果对应的内存之前就被保存到 CPU2 的缓存中，由于读操作是不需要经过内存总线的，因此总线监测模块对确保读取到最新数据就无能为力了，所以在读取操作之前 CPU2 必须使自己的缓存无效。在 X86 中，有许多指令能够做到这一点，比如使用 lock 前缀的指令可以使缓存无效。