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太慢不能忍!CPU又拿硬盘和网卡开刀了!

当初我们CPU工厂刚刚来到主板上建厂时,那时候主板上的单位还不多,跟我们打交道最多的就是内存那家伙了。后来,键盘、鼠标、硬盘、网卡、声卡、显卡等等设备纷纷入驻主板,这块土地变得越来越热闹起来。

作者:轩辕之风来源:编程技术宇宙|2020-08-13 07:01

总线技术

我是CPU一号车间的阿Q,最近为了一件事儿搞得我挺烦的。

当初我们CPU工厂刚刚来到主板上建厂时,那时候主板上的单位还不多,跟我们打交道最多的就是内存那家伙了。

后来,键盘、鼠标、硬盘、网卡、声卡、显卡等等设备纷纷入驻主板,这块土地变得越来越热闹起来。

不过,他们的到来并没有影响我们的地位,毕竟我们是中央处理器,所有人都得听我们指挥。

为了和主板上这些家伙们通信,我们花了重金铺了一条线路,主板上家家户户都连上了这条线路,我们把它叫做总线,虽然说是一条,但实际上它包含了传输数据的数据总线,传输地址的地址总线和进行控制管理的控制总线。

这样一来,各单位就能一起聊天了。不过这线路是共用的,大家不能都一起传数据,那就乱套了。为了统一管理,我们设立了一个新的单位叫总线控制器,这个单位来统一管理总线,大家要通信就得找它申请,这就叫做总线仲裁。

不过啊,主板上的单位之间的速度还是千差万别的,像内存就比硬盘、网卡这些单位快多了(当然,跟我们CPU车间的工作速度那还是不能比),不仅如此,不同单位他们的接口还千差万别,用一套总线矛盾就日益明显了,后来就变成了多级总线,让慢的跟慢的玩,快的跟快的玩,最后大家再用一个东西把不同总线连接起来,这个东西就是桥!

主板上后来出现了两个著名的桥,一个离我们CPU很近的叫北桥,内存那家伙和我们通信就会经过它,另一个离我们远一点的叫南桥,那些慢一些的I/O设备就通过南桥接进来。再后来,随着我们CPU工厂的壮大,直接把北桥收购了,现在变成了我们厂里的一个部门了。

PIO模式

现在我们可以和这些I/O设备通信了,就拿硬盘来说吧,它有I/O端口,我们提供了in和out两条指令,就可以对它进行读写数据了。这种通信的方式叫做可编程输入输出模型,Programming Input/Output Model,简称PIO。

我们是整个主板上的核心,俗话说得好,能力越大,责任越大,但有时候真心觉得有点累。

随着越来越多的设备接入主板,越来越多的程序需要等待我们去执行,工作量大的压的我们喘不过气来。

尤其是随着技术进步,我们CPU工厂的速度越来越快,与硬盘的读写速度之间的差距越来越拉大,我们还用这种方式通信就太浪费我们的时间了。

DMA技术

这几天,我们几个车间的Leader私下聚在一起讨论起这个事情来。

“阿Q,你不觉得现在我们花了太多时间再读写硬盘上了吗,这家伙慢不是他的错,扯我们后腿这就是他的错了啊。传输一次数据,我们要执行好多次I/O端口读写,我们宝贵的时间都浪费在这上面了!”,二号车间的虎子一脸幽怨的说到。

“嗨,我最近也为这事发愁呢,程序越来越多,读写硬盘的时间越来越多了,尤其是那个叫MySQL的,老让我访问硬盘,可累死我了。”

没想到我俩都憋了一肚子苦水呢。

这时,平日里爱拍老板马屁的八号车间老大说了一句话:“你们说的问题确实存在,这工作太没技术含量了,就是个体力活嘛,要不咱给老板说说,让他外包出去吧”

我俩一听,妙啊,要是能把这体力活外包出去,那可简直太好了,我们就可以专心做我们的专职工作了。

“你跟老板平时走得近,这事你去说吧”,我给虎子使了个眼色,一起撺掇老八去说这事。

“行,我去就我去”。

还别说,领导立马就同意了这个想法,毕竟能提高我们的工作效率,他自然是举双手欢迎。

没过多久,就成立了一个外包团队,独立出我们厂子,专门来负责这件事。和我们CPU一样,他们也提供了几个寄存器,传输数据的时候,只需要设置一下这些寄存器的内容,告诉他们要传输哪里的数据,从哪到哪,长度是多少,接下来的事情我们就不用操心了,交由他们来完成。我们就可以腾出功夫做其他事情,等数据传输完毕了,他们再用中断的方式告诉我们,我们直接去处理就好了,省去了让我们亲自去搬运的过程,真是爽的飞起~

后来,我们给这项技术也取了一个名字,叫Direct Memory Access,直接存储器访问,简称DMA,这个外包团队就是DMAC,DMA控制器。

DMA全面开花

前几天的月总结会上,领导表扬了老八,说多亏他的建议让厂里的生产效率大大提升。早知道,当初就不撺掇老八去跟老板提建议了,我自己去。

正想着走神,突然想到了一个问题,这一次我打算抓住机会挣个表现。

“老板,这个DMA技术好是好,但现在只能用于硬盘哦。最近网卡那家伙数据包也挺多的,我花了好多时间去把数据包从网卡读取到内存中,又低效又没有技术含量,可不可以把这技术推广到网卡上啊?”,我起身说到。

老板点了点头,若有所思。

二号车间虎子见状也起身说到:“老板,除了硬盘和网卡,显示器也有这个需求。我经常要疲于奔波于把内存数据传输到显示器,也是劳神劳力,建议DMA技术也推广到显示器呢”

老板听完,皱了皱眉头说到,“这个不同设备之间的差别还是挺大的,没法通用。难不成我们要为每个设备成立一个外包团队?这成本有点高啊···”

老板果然还是老板,还是把成本考虑在第一位。

这时,爱拍马屁的老八又说话了,“老板说的是。我倒是有个建议,这个DMA推广到网卡、显示器这些单位也可以,不过让他们自己掏钱来增加DMAC,按照他们各自不同的需求来做。咱们不能当这冤大头”

老板一听,喜形于色,大声叫好!

就这样,很快我们就把这项技术推广了出去,主板上以网卡、显示器、摄像头为首的那些个单位为了不落后于人,纷纷拥抱变化,集成了DMAC。

我们得到了彻底的解放,再也不用做枯燥的搬运工了~

彩蛋

“阿Q,听说了吗,最近Linux帝国新成立了一个公司,居然绕过我们CPU就能把数据从网卡写入硬盘中”

“不可能啊,至少得经过我们拷贝一下吧”

“根本不用,他们号称是零拷贝技术”

预知后事如何,请关注后续精彩······

【责任编辑:赵宁宁 TEL:(010)68476606】

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