• CPU体系架构
  • SMP
  • NUMA
  • MPP
  • 自旋锁
  • CLH锁
  • MSC锁


CPU体系架构

SMP

SMP（Symmetric Multi-Processor），对称多处理器结构，指服务器中多个CPU对称工作，每个CPU访问内存地址所需时间相同。其主要特征是共享，包含对CPU，内存，I/O等进行共享。

SMP能够保证内存一致性，但这些共享的资源很可能成为性能瓶颈，随着CPU数量的增加，每个CPU都要访问相同的内存资源，可能导致内存访问冲突，

可能会导致CPU资源的浪费，常用的PC机就属于这种，其架构简单，但是扩展性很差。

NUMA

NUMA（Non-Uniform Memory Access），一致存储访问，将CPU分为CPU模块，每个CPU模块由多个CPU组成，并且具有独立的本地内存、I/O槽口等，模块之间可以通过互联模块相互访问，

访问本地内存的速度将远远高于访问远地内存(系统内其它节点的内存)的速度，这也是非一致存储访问的由来。

NUMA能够较好地解决SMP的扩展问题，但是在该架构中，访问远地内存的延时远远超过本地内存，因此当CPU数量增加时，系统性能无法线性增加。由于这个特点，为了更好地发挥系统性能，开发应用程序时需要尽量减少不同CPU模块之间的信息交互。

MPP

MPP (Massive Parallel Processing) ，这个其实可以理解为刀片服务器，每个刀扇里的都是一台独立的smp架构服务器，且每个刀扇之间均有高性能的网络设备进行交互，保证了smp服务器之间的数据传输性能。相比numa 来说更适合大规模的计算，唯一不足的是，当其中的smp 节点增多的情况下，与之对应的计算管理系统也需要相对应的提高。

自旋锁

CLH锁

CLH锁由提出者名字命名：Craig，Landin andHagersten，是一种自旋锁，能确保无饥饿性，提供先来先服务的公平性。

CLH锁也是一种基于链表的可扩展、高性能、公平的自旋锁，申请线程只在本地变量上自旋，它不断轮询前驱的状态，如果发现前驱释放了锁就结束自旋。

当一个线程需要获取锁时：

  1. 创建一个的QNode，将其中的locked设置为true表示需要获取锁；
  2. 线程对tail域调用getAndSet方法，使自己成为队列的尾部，同时获取一个指向其前趋结点的引用myPred；
  3. 该线程就在前趋结点的locked字段上旋转，直到前趋结点释放锁；
  4. 当一个线程需要释放锁时，将当前结点的locked域设置为false，同时回收前趋结点；

CLH队列锁的优点是空间复杂度低（如果有n个线程，L个锁，每个线程每次只获取一个锁，那么需要的存储空间是O（L+n），n个线程有n个节点，L个锁有L个tail）。

CLH在SMP系统结构下是非常有效的，但在NUMA系统结构下，每个线程有自己的内存，如果前趋结点的内存位置比较远，自旋判断前趋结点的locked域，性能将大打折扣，一种解决NUMA系统结构的思路是MCS队列锁。

MSC锁

MSC与CLH最大的不同并不是链表是显示还是隐式，而是线程自旋的规则不同：CLH是在前趋结点的locked域上自旋等待，而MCS是在自己的。

结点的locked域上自旋等待，正因为如此，它解决了CLH在NUMA系统架构中获取locked域状态内存过远的问题。

MCS队列锁的具体实现如下：

  1. 队列初始化时没有结点，tail=null；
  2. 线程A想要获取锁，于是将自己置于队尾，由于它是第一个结点，它的locked域为false；
  3. 线程B和C相继加入队列，a->next=b,b->next=c。且B和C现在没有获取锁，处于等待状态，所以它们的locked域为true，尾指针指向线程C对应的结点；
  4. 线程A释放锁后，顺着它的next指针找到了线程B，并把B的locked域设置为false。这一动作会触发线程B获取锁；