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精通内核 | CPU 控制并发原理（五）
后端
2024-02-05 10:40:42
【精通内核】CPU 控制并发原理（五）
导读
本文讲解 CPU 角度的中断控制、CPU 层面并行并发和中断控制的原理、现代 CPU 的缓存结构和架构图、C 语言开发中进程间通信的实现方式。
1. CPU 中断控制
CPU 中断是一种硬件机制，用于让外围设备或软件程序通知 CPU 需要它的注意。当发生中断时，CPU 会暂停当前正在执行的程序，并转而去处理中断。中断处理程序完成后，CPU 会继续执行被中断的程序。
2. CPU 层面并行并发和中断控制的原理
CPU 层面并行并发是指 CPU 可以同时执行多个程序或任务。这可以通过两种方式实现：
- 时间片轮转：CPU 将时间分成一个个小的时段，每个时段称为一个时间片。每个程序或任务在一个时间片内运行，当时间片用完后，CPU 会切换到另一个程序或任务继续运行。
- 多核处理器：多核处理器是指在一个芯片上有多个处理核心的 CPU。每个处理核心可以独立运行一个程序或任务，从而实现并行并发。
中断控制是 CPU 并行并发的重要组成部分。当发生中断时，CPU 会暂停当前正在执行的程序，并转而去处理中断。中断处理程序完成后，CPU 会继续执行被中断的程序。
3. 现代 CPU 的缓存结构和架构图
现代 CPU 都具有缓存结构。缓存是一种高速存储器，位于 CPU 和主内存之间。CPU 先从缓存中读取数据，如果缓存中没有所需的数据，则从主内存中读取数据并将其存储到缓存中。这样可以提高 CPU 的性能，因为从缓存中读取数据比从主内存中读取数据快得多。
现代 CPU 的架构图如下所示：
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│ CPU 核心 │
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│ 一级缓存（L1 Cache） │
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│ 二级缓存（L2 Cache） │
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│ 三级缓存（L3 Cache） │
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↓
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│ 主内存（Main Memory） │
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4. C 语言开发中进程间通信的实现方式
C 语言开发中进程间通信可以通过以下几种方式实现：
- 管道：管道是一种半双工的通信方式，即数据只能在一个方向上流动。
- 信号量：信号量是一种用于同步进程访问共享资源的机制。
- 消息队列：消息队列是一种用于在进程之间传递消息的机制。
- 共享内存：共享内存是一种用于在进程之间共享数据的方式。
结语
本文讲解了 CPU 角度的中断控制、CPU 层面并行并发和中断控制的原理、现代 CPU 的缓存结构和架构图、C 语言开发中进程间通信的实现方式。这些知识对于理解计算机系统的工作原理和开发高性能程序非常重要。
