房管局备案查询网站,永久链接生成器,网站建设平台一般多少钱,前端容易被裁还是后端1、冯诺依曼模型
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
32位和64位CPU最主要区别是一次性能计算多少字节数据#xff0c;如果计算的数额不超过 32 位数字的情况下#xff0c;32 位和 64 位 CPU 之间没什么区别的#xff0c;只有当计算超过 32 位数字的情况下#…1、冯诺依曼模型
运算器、控制器、存储器、输入设备、输出设备
32位和64位CPU最主要区别是一次性能计算多少字节数据如果计算的数额不超过 32 位数字的情况下32 位和 64 位 CPU 之间没什么区别的只有当计算超过 32 位数字的情况下64 位的优势才能体现出来。
线路位宽 cpu能操作的内存大小 比如cpu想要操作4G的内存就需要32条地址总线。2^324G
2、程序执行的基本过程
一个程序执行的时候CPU 会根据程序计数器里的内存地址从内存里面把需要执行的指令读取到指令寄存器里面执行然后根据指令长度自增开始顺序读取下一条指令。
3、指令的执行速度
程序的CPU执行时间指令数*每条指令的平均时钟周期数*时钟周期时间
时钟周期时间1/电脑主频 如1/2.4G
4、存储
寄存器
CPU cache SRAM 静态随机存储器
每个 CPU 核心都有一块属于自己的 L1 高速缓存指令和数据在 L1 是分开存放的所以 L1 高速缓存通常分成指令缓存和数据缓存。 L2 高速缓存位置比 L1 高速缓存距离 CPU 核心 更远 大小比 L1 高速缓存更大L3 高速缓存通常是多个 CPU 核心共用的
内存 DRAM Dynamic Random Access Memory动态随机存取存储器 的芯片。数据会被存储在电容里电容会不断漏电所以需要「定时刷新」电容才能保证数据不会被丢失
CPU 从 L1 Cache 读取数据的速度相比从内存读取的速度会快 100 多倍
硬盘
固态硬盘断电后数据还是存在的而内存、寄存器、高速缓存断电后数据都会丢失。内存的读写速度比 SSD 大概快 10~1000 倍。机械硬盘通过物理读写的方式来访问数据的因此它访问速度是非常慢的它的速度比内存慢 10W 倍左右。
每个存储器只和相邻的一层存储器设备打交道
5、如何写出让CPU 跑的快的代码
CPU Cache 的数据是从内存中读取过来的它是以一小块一小块读取数据的
CPU L1 Cache 分为数据缓存和指令缓存因而需要分别提高它们的缓存命中率
对于数据缓存我们在遍历数据的时候应该按照内存布局的顺序操作这是因为 CPU Cache 是根据 CPU Cache Line 批量操作数据的所以顺序地操作连续内存数据时性能能得到有效的提升对于指令缓存有规律的条件分支语句能够让 CPU 的分支预测器发挥作用进一步提高执行的效率
对于多核 CPU 系统线程可能在不同 CPU 核心来回切换这样各个核心的缓存命中率就会受到影响于是要想提高线程的缓存命中率可以考虑把线程绑定 CPU 到某一个 CPU 核心。
6、cpu缓存一致性
写数据
写直达 如果cache已经存在则更新后写入内存 如果cache不存在则把数据更新到内存
写回 对于已经缓存在 Cache 的数据的写入只需要更新其数据就可以不用写入到内存只有在需要把缓存里面的脏数据交换出去的时候才把数据同步到内存里这种方式在缓存命中率高的情况性能会更好
如何缓存一致
写传播也就是当某个 CPU 核心发生写入操作时需要把该事件广播通知给其他核心第二点是事物的串行化顺序 总线嗅探机制的 MESI 协议 已修改、独占、共享、已失效
对于在「已修改」或者「独占」状态的 Cache Line修改更新其数据不需要发送广播给其他 CPU 核心。
7、伪共享
CPU Cache Line 大小一般是 64 个字节 这种因为多个线程同时读写同一个 Cache Line 的不同变量时而导致 CPU Cache 失效的现象称为伪共享
如何避免 多个线程共享的热点数据即经常会修改的数据应该避免这些数据刚好在同一个 Cache Line 中否则就会出现为伪共享的问题。
在 Linux 内核中存在 __cacheline_aligned_in_smp 宏定义是用于解决伪共享的问题。是用空间换时间
字节填充
8、cpu选择线程
SCHED_DEADLINE是按照 deadline 进行调度的距离当前时间点最近的 deadline 的任务会被优先调度实时任务总是会比普通任务优先被执行SCHED_FIFO对于相同优先级的任务按先来先服务的原则但是优先级更高的任务可以抢占低优先级的任务也就是优先级高的可以「插队」SCHED_RR对于相同优先级的任务轮流着运行每个任务都有一定的时间片当用完时间片的任务会被放到队列尾部以保证相同优先级任务的公平性但是高优先级的任务依然可以抢占低优先级的任务
9、软中断
中断处理程序的上部分和下半部可以理解为
上半部直接处理硬件请求也就是硬中断主要是负责耗时短的工作特点是快速执行下半部是由内核触发也就说软中断主要是负责上半部未完成的工作通常都是耗时比较长的事情特点是延迟执行 Linux 中的软中断包括网络收发、定时、调度、RCU 锁等各种类型 软中断的处理是通过“ksoftirqd”内核线程来实现的
10、补码
有了补码负数的加减法操作实际上是和正数加减法操作一样的
十进制整数转二进制使用的是「除 2 取余法」倒序
十进制小数使用的是「乘 2 取整法」正序
计算机存小数 符号位 指数位 尾数位
小数计算不精确的原因
因为有的小数无法可以用「完整」的二进制来表示所以计算机里只能采用近似数的方式来保存那两个近似数相加得到的必然也是一个近似数。
11、内核
内核作为应用连接硬件设备的桥梁
进程调度内存管理为进程与硬件设备之间提供通信提供系统调用 应用程序要运行更高权限运行的服务那么就需要有系统调用它是用户程序与操作系统之间的接口。
linux内核设计的理念
多任务 并发并行对称多处理 每个 CPU 的地位是相等的可执行文件链接格式 Linux 可执行文件格式叫作 ELFWindows 可执行文件格式叫作 PE。宏内核 Linux 的内核是宏内核 Windows的内核设计是混合型内核
微内核有一个最小版本的内核一些模块和服务则由用户态管理
混合内核是宏内核和微内核的结合体内核中抽象出了微内核的概念也就是内核中会有一个小型的内核其他模块就在这个基础上搭建整个内核是个完整的程序
宏内核包含多个模块整个内核像一个完整的程序
12、虚拟内存 操作系统会提供一种机制将不同进程的虚拟地址和不同内存的物理地址映射起来。多进程之间地址冲突问题
虚拟内存还可以是的进程对运行内存超过物理内存的大小
页表里的页表项中除了物理地址之外还有一些标记属性的比特比如控制一个页的读写权限标记该页是否存在等。在内存访问方面操作系统提供了更好的安全性。
操作系统是如何管理虚拟地址与物理地址之间的关系
内存分段 虚拟地址是通过段表与物理地址进行映射的分段机制会把程序的虚拟地址分成 4 个段每个段在段表中有一个项在这一项找到段的基地址再加上偏移量于是就能找到物理内存中的地址
问题内存碎片 内存交换的效率低
每个段的长度不固定所以多个段未必能恰好使用所有的内存空间会产生了多个不连续的小物理内存导致新的程序无法被装载所以会出现外部内存碎片的问题
内存分页
分页是把整个虚拟和物理内存空间切成一段段固定尺寸的大小 在 Linux 下每一页的大小为 4KB。采用了分页页与页之间是紧密排列的所以不会有外部碎片。如果内存空间不够操作系统会把其他正在运行的进程中的「最近没被使用」的内存页面给释放掉也就是暂时写在硬盘上称为换出Swap Out。一旦需要的时候再加载进来称为换入Swap In。所以一次性写入磁盘的也只有少数的一个页或者几个页不会花太多时间内存交换的效率就相对比较高。
问题页表会非常的庞大
解决方案多级页表
问题多了几道转换的工序这显然就降低了这俩地址转换的速度
解决方案在 CPU 芯片中加入了一个专门存放程序最常访问的页表项的 Cache这个 Cache 就是 TLB
13、malloc是如何分配内存的
malloc() 源码里默认定义了一个阈值
如果用户分配的内存小于 128 KB则通过 brk() 申请内存如果用户分配的内存大于 128 KB则通过 mmap() 申请内存
malloc()分配的是虚拟内存 如果分配后的虚拟内存没有被访问的话虚拟内存是不会映射到物理内存的这样就不会占用物理内存了 只有在访问已分配的虚拟地址空间的时候操作系统通过查找页表发现虚拟内存对应的页没有在物理内存中就会触发缺页中断然后操作系统会建立虚拟内存和物理内存之间的映射关系。
malloc 申请的内存free 释放内存会归还给操作系统吗
malloc 通过 brk() 方式申请的内存free 释放内存的时候并不会把内存归还给操作系统而是缓存在 malloc 的内存池中待下次使用malloc 通过 mmap() 方式申请的内存free 释放内存的时候会把内存归还给操作系统内存得到真正的释放
mmap()是通过系统调用来实现的会发生运行态的切换
14、内存回收
应用程序通过 malloc 函数申请内存的时候实际上申请的是虚拟内存此时并不会分配物理内存。
当应用程序读写了这块虚拟内存CPU 就会去访问这个虚拟内存 这时会发现这个虚拟内存没有映射到物理内存 CPU 就会产生缺页中断进程会从用户态切换到内核态并将缺页中断交给内核的 Page Fault Handler 缺页中断函数处理。
缺页中断处理函数会看是否有空闲的物理内存
如果有就直接分配物理内存并建立虚拟内存与物理内存之间的映射关系。如果没有空闲的物理内存那么内核就会开始进行回收内存 (opens new window)的工作如果回收内存工作结束后空闲的物理内存仍然无法满足此次物理内存的申请那么内核就会放最后的大招了触发 OOM Out of Memory机制。
后台内存回收 异步
直接内存回收 同步
文件页的回收对于干净页是直接释放内存这个操作不会影响性能而对于脏页会先写回到磁盘再释放内存这个操作会发生磁盘 I/O 的这个操作是会影响系统性能的。匿名页的回收如果开启了 Swap 机制那么 Swap 机制会将不常访问的匿名页换出到磁盘中下次访问时再从磁盘换入到内存中这个操作是会影响系统性能的。
直接回收 但是空闲的物理内存仍然无法满足此次物理内存的申请那么内核就会触发 OOM 机制
针对回收内存导致的性能影响常见的解决方式。
设置 /proc/sys/vm/swappiness调整文件页和匿名页的回收倾向尽量倾向于回收文件页设置 /proc/sys/vm/min_free_kbytes调整 kswapd 内核线程异步回收内存的时机设置 /proc/sys/vm/zone_reclaim_mode调整 NUMA 架构下内存回收策略建议设置为 0这样在回收本地内存之前会在其他 Node 寻找空闲内存从而避免在系统还有很多空闲内存的情况下因本地 Node 的本地内存不足发生频繁直接内存回收导致性能下降的问题
15、 在4G物理内存的机器上申请8G内存会怎么样
在 32 位操作系统因为进程理论上最大能申请 3 GB 大小的虚拟内存所以直接申请 8G 内存会申请失败。在 64位 位操作系统因为进程理论上最大能申请 128 TB 大小的虚拟内存即使物理内存只有 4GB申请 8G 内存也是没问题因为申请的内存是虚拟内存。如果这块虚拟内存被访问了要看系统有没有 Swap 分区 如果没有 Swap 分区因为物理空间不够进程会被操作系统杀掉原因是 OOM内存溢出如果有 Swap 分区即使物理内存只有 4GB程序也能正常使用 8GB 的内存进程可以正常运行
