并发内存访问减慢系统速度

Concurrent memory access slowing down system

本文关键字：系统 速度 内存 访问 并发      更新时间：2023-10-16

我有一个需要可视化的粒子系统。但可视化实际上应该对模拟本身没有影响。目前发生这种情况的方式是让第二个线程读取粒子系统的状态，而无需任何同步。这当然会导致模拟显示一些故障，但这不是问题。

然而，似乎发生的事情是渲染渲染得越快，粒子系统变得越慢。模拟的测量时间步长出现峰值，平均几乎翻倍。我相当确定这是由于渲染器从不同的线程访问粒子系统使用的内存。

现在的问题是：是否有可能以某种方式在较小的范围内干扰粒子系统？可视化的准确性根本不是问题。从理论上讲，我可以想象某种方法来指示编译器渲染器是纯只读的和/或它不需要数据的"最新"版本。但我不知道如何处理这个问题。

语言：C++，IDE：Visual Studio

PSS。当然，由于内存访问较少，保持渲染器的低 FPS 已经有所帮助，但模拟的测量定时步长仍然会飙升并减慢速度。

您的系统速度变慢，因为当您只进行模拟时，您的数据很可能处于缓存级别 1-2 中。缓存行处于"已修改"状态，对这些缓存行的每次读取和写入都是没有总线事务(即快速)的缓存命中。

一旦运行另一个线程访问相同的数据，模拟所做的更改需要传播到一致性点，以便可视化过程(在另一个 CPU 内核上运行)可以读取它们。因此，缓存行的状态从"已修改"状态转换为"共享"状态。

然后，一旦模拟线程想要再次修改该共享数据，缓存行就会从"共享"转换回"已修改"状态并生成总线事务，因此其他缓存中的缓存行将失效。

因此，即使从另一个线程读取也会减慢模拟速度，因为缓存行在状态之间跳跃，并且许多总线事务都在下面进行。在英特尔上，高速缓存一致性协议称为MESI(F)，您可以在维基百科上找到更多信息：

https://en.wikipedia.org/wiki/MESI_protocol

关于如何处理这个问题。基本上，您应该避免同时读取和写入相同的数据。这很难，但您可能需要考虑以下几点：

  1. 您可以尝试修改模拟，使其对两个数据库进行操作。一个库将用于模拟，而另一个库将用于可视化先前计算的数据。

  2. 您可以尝试在模拟循环完成后立即一次性复制可视化线程中的数据。它将修复故障，并可能提高整体性能。

要在模拟线程和可视化线程之间同步，您应该使用繁忙等待(如旋转锁)，而不是内核对象，如互斥锁。

综上所述，无法保证这些技术中的任何一种都会对您有所帮助。这完全取决于您的数据，CPU，缓存大小等。

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