太慢不能忍!CPU又拿硬碟和網路卡開刀了!

軒轅之風發表於2020-07-20

匯流排技術

我是CPU一號車間的阿Q,最近為了一件事兒搞得我挺煩的。

當初我們CPU工廠剛剛來到主機板上建廠時,那時候主機板上的單位還不多,跟我們打交道最多的就是記憶體那傢伙了。

後來,鍵盤、滑鼠、硬碟、網路卡、音效卡、顯示卡等等裝置紛紛入駐主機板,這塊土地變得越來越熱鬧起來。

不過,他們的到來並沒有影響我們的地位,畢竟我們是中央處理器,所有人都得聽我們指揮。

為了和主機板上這些傢伙們通訊,我們花了重金鋪了一條線路,主機板上家家戶戶都連上了這條線路,我們把它叫做匯流排,雖然說是一條,但實際上它包含了傳輸資料的資料匯流排,傳輸地址的地址匯流排和進行控制管理的控制匯流排

這樣一來,各單位就能一起聊天了。不過這線路是共用的,大家不能都一起傳資料,那就亂套了。為了統一管理,我們設立了一個新的單位叫匯流排控制器,這個單位來統一管理匯流排,大家要通訊就得找它申請,這就叫做匯流排仲裁

不過啊,主機板上的單位之間的速度還是千差萬別的,像記憶體就比硬碟、網路卡這些單位快多了(當然,跟我們CPU車間的工作速度那還是不能比),不僅如此,不同單位他們的介面還千差萬別,用一套匯流排矛盾就日益明顯了,後來就變成了多級匯流排,讓慢的跟慢的玩,快的跟快的玩,最後大家再用一個東西把不同匯流排連線起來,這個東西就是

主機板上後來出現了兩個著名的橋,一個離我們CPU很近的叫北橋,記憶體那傢伙和我們通訊就會經過它,另一個離我們遠一點的叫南橋,那些慢一些的I/O裝置就通過南橋接進來。再後來,隨著我們CPU工廠的壯大,直接把北橋收購了,現在變成了我們廠裡的一個部門了。

PIO模式

現在我們可以和這些I/O裝置通訊了,就拿硬碟來說吧,它有I/O埠,我們提供了inout兩條指令,就可以對它進行讀寫資料了。這種通訊的方式叫做可程式設計輸入輸出模型,Programming Input/Output Model,簡稱PIO

我們是整個主機板上的核心,俗話說得好,能力越大,責任越大,但有時候真心覺得有點累。

隨著越來越多的裝置接入主機板,越來越多的程式需要等待我們去執行,工作量大的壓的我們喘不過氣來。

尤其是隨著技術進步,我們CPU工廠的速度越來越快,與硬碟的讀寫速度之間的差距越來越拉大,我們還用這種方式通訊就太浪費我們的時間了。

DMA技術

這幾天,我們幾個車間的Leader私下聚在一起討論起這個事情來。

“阿Q,你不覺得現在我們花了太多時間再讀寫硬碟上了嗎,這傢伙慢不是他的錯,扯我們後腿這就是他的錯了啊。傳輸一次資料,我們要執行好多次I/O埠讀寫,我們寶貴的時間都浪費在這上面了!”,二號車間的虎子一臉幽怨的說到。

“嗨,我最近也為這事發愁呢,程式越來越多,讀寫硬碟的時間越來越多了,尤其是那個叫MySQL的,老讓我訪問硬碟,可累死我了。”

沒想到我倆都憋了一肚子苦水呢。

這時,平日裡愛拍老闆馬屁的八號車間老大說了一句話:“你們說的問題確實存在,這工作太沒技術含量了,就是個體力活嘛,要不我們給老闆說說,讓他外包出去吧”

我倆一聽,妙啊,要是能把這體力活外包出去,那可簡直太好了,我們就可以專心做我們的專職工作了。

“你跟老闆平時走得近,這事你去說吧”,我給虎子使了個眼色,一起攛掇老八去說這事。

“行,我去就我去”。

還別說,領導立馬就同意了這個想法,畢竟能提高我們的工作效率,他自然是舉雙手歡迎。

沒過多久,就成立了一個外包團隊,獨立出我們廠子,專門來負責這件事。和我們CPU一樣,他們也提供了幾個暫存器,傳輸資料的時候,只需要設定一下這些暫存器的內容,告訴他們要傳輸哪裡的資料,從哪到哪,長度是多少,接下來的事情我們就不用操心了,交由他們來完成。我們就可以騰出功夫做其他事情,等資料傳輸完畢了,他們再用中斷的方式告訴我們,我們直接去處理就好了,省去了讓我們親自去搬運的過程,真是爽的飛起~

後來,我們給這項技術也取了一個名字,叫Direct Memory Access,直接儲存器訪問,簡稱DMA,這個外包團隊就是DMAC,DMA控制器。

DMA全面開花

前幾天的月總結會上,領導表揚了老八,說多虧他的建議讓廠裡的生產效率大大提升。早知道,當初就不攛掇老八去跟老闆提建議了,我自己去。

正想著走神,突然想到了一個問題,這一次我打算抓住機會掙個表現。

“老闆,這個DMA技術好是好,但現在只能用於硬碟哦。最近網路卡那傢伙資料包也挺多的,我花了好多時間去把資料包從網路卡讀取到記憶體中,又低效又沒有技術含量,可不可以把這技術推廣到網路卡上啊?”,我起身說到。

老闆點了點頭,若有所思。

二號車間虎子見狀也起身說到:“老闆,除了硬碟和網路卡,顯示器也有這個需求。我經常要疲於奔波於把記憶體資料傳輸到顯示器,也是勞神勞力,建議DMA技術也推廣到顯示器呢”

老闆聽完,皺了皺眉頭說到,“這個不同裝置之間的差別還是挺大的,沒法通用。難不成我們要為每個裝置成立一個外包團隊?這成本有點高啊···”

老闆果然還是老闆,還是把成本考慮在第一位。

這時,愛拍馬屁的老八又說話了,“老闆說的是。我倒是有個建議,這個DMA推廣到網路卡、顯示器這些單位也可以,不過讓他們自己掏錢來增加DMAC,按照他們各自不同的需求來做。我們們不能當這冤大頭”

老闆一聽,喜形於色,大聲叫好!

就這樣,很快我們就把這項技術推廣了出去,主機板上以網路卡、顯示器、攝像頭為首的那些個單位為了不落後於人,紛紛擁抱變化,整合了DMAC。

我們得到了徹底的解放,再也不用做枯燥的搬運工了~

彩蛋

“阿Q,聽說了嗎,最近Linux帝國新成立了一個公司,居然繞過我們CPU就能把資料從網路卡寫入硬碟中”

“不可能啊,至少得經過我們拷貝一下吧”

“根本不用,他們號稱是零拷貝技術

預知後事如何,請關注後續精彩······

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