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前言

📫作者简介： 小明java问道之路，专注于研究计算机底层/Java/Liunx 内核，就职于大型金融公司后端高级工程师，擅长交易领域的高安全/可用/并发/性能的架构设计📫 

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本文导读

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、CPU缓存一致性的源码原理，以及CPU如何通过编译器的屏障与指令实现系统屏障，经过内联汇编代码验证之后，证明上述所说的 Linux 内核用 volatile 关键字实现系统屏障（指令重排），加深对系统屏障的内核源码和原理的理解。

一、CPU的中断控制

1、并行和并发

并发

最初的计算机中是没有并发概念的。一台计算机只能运行一个任务，该任务没有完成，就不能运行下一个任务。这有什么缺点呢？想象一下，你的计算机只能运行一个任务，如果你在听歌，那么计算机就无法进行其他事情。是不是很抓狂！让我们来想想如何让计算机同时运行多个任务，让你在听歌时还能写文档、聊天等。这个在计算机中运行多个任务的操作就叫作并发，高并发当然就是同时有非常多的任务在你的计算机中执行。那么问题来了:大家都知道计算机中进行计算的是CPU，然而CPU个数有限，任务个数又远大于CPU个数，这时CPU又该如何运行这么多的任务的呢？

可换个思维来考虑，大家都学过数学，不妨回忆什么是函数，想象一个连续的曲线函数，用离散的多个小块来模拟曲线，当小块足够多时，那么我们就说这些小块就是组成连续函数的块。

同理，计算机也可以这么做。计算机中有很多任务，让这些任务交替在速度够快，人眼就感知不到任务间的切换，只要矩形足够多，就越能模拟出这个函数。下面我们对并发进行定义:在有限的COU中执行超过了CPU数量的任务，任务之间交替执行。

并行

并发也就是在不同时间执行多个任务，因为时间很短，所以人眼看不出来是在替执行。而并行呢，就是一种特殊的并发。并发是不同时间执行多个任务，并行其实就是同一时间执行多个任务。下面给出计算机中并行的定义:在有限的CPU中执行任务，任务的个数正好等同于CPU的个数，则称之为并行。

计算机什么时候用到并发，又什么时候用到并行呢？这不仅仅是CPU个数正好等于任务的个数，还需要操作系统提供支持。例如，操作系统如果设定只用一个CPU，那么CPU个数再多也没有意义，所以具体的并发与并行问题需要放在实际情况中来考量。不过现在个人计算机或者服务器CPU个数都足够多，且操作系统如果不是特殊设置，也不会只用一个CPU。由于实际运行的任务多于CPU核心数，因此并行与并发是同时存在的。

总结

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、CPU缓存一致性的源码原理，以及CPU如何通过编译器的屏障与指令实现系统屏障，经过内联汇编代码验证之后，证明上述所说的 Linux 内核用 volatile 关键字实现系统屏障（指令重排），加深对系统屏障的内核源码和原理的理解。