False Sharing問題

原創

2018-08-31 02:47

在多處理器，多線程情況下，如果兩個線程分別運行在不同的CPU上，而其中某個線程修改了cache line中的元素，由於cache一致性的原因，另一個線程的cache line被宣告無效，在下一次訪問時會出現一次cache line miss，哪怕該線程根本無效改動的這個元素，因此出現了False Sharing問題【1】。

如下圖所示，thread1修改了memory灰化區域的第[2]個元素，而Thread0只需要讀取灰化區域的第[1]個元素，由於這段memory被載入了各自CPU的硬件cache中，雖然在memory的角度這兩種的訪問時隔離的，但是由於錯誤的緊湊地放在了一起，而導致了，thread1的修改，在cache一致性的要求下，宣告了運行Thread0的CPU0的cache line非法，從而出現了一次miss，導致從小從memory中讀取到cache line中，而一致性的代價付出了，但結果並不是thread0所care的，導致了效率的降低。關於實驗可以參考[2]。

因此在多核編程情況下，要特別注意False Sharing問題。

解決的方法可以是：詳細參見【1】

__declspec (align(64)) int thread1_global_variable;
__declspec (align(64)) int thread2_global_variable;

或者是

struct ThreadParams
{
// For the following 4 variables: 4*4 = 16 bytes
unsigned long thread_id;
unsigned long v; // Frequent read/write access variable
unsigned long start;
unsigned long end;

// expand to 64 bytes to avoid false-sharing
// (4 unsigned long variables + 12 padding)*4 = 64
int padding[12];
};

__declspec (align(64)) struct ThreadParams Array[10];