伪共享与缓存行粒度

形式陈述

若不同核心访问逻辑上不共享、至少一方会写的不同数据，却因这些数据落在同一一致性块内而触发额外权限失效和传输，称为伪共享。典型情形是两个核心反复写各自计数器，但两个计数器共占一条缓存行。

“伪”修饰的是程序数据共享：变量彼此独立；块级权限争用则是真实发生的。只读同块通常可以共同持有读权限，不产生这里的反复写权转移。仅凭两个变量相邻，不能断言已经存在有害伪共享，还要看访问主体、读写模式和实际块边界。

直觉

写权限按整行发放，程序员却常按单个变量思考。两人虽然各自在纸的不同半边写字，协议仍要求整张纸一次只给一个写者，纸便来回传。

隔开变量可以减少这种传递，但会增加占用空间，也可能破坏有用的空间局部性。因此应对确实争用的独立热数据隔离，而不是把每个字段都盲目填满一行。

例子与边界

用本文原子总线MSI计数，块大小64 B、两个私有cache、冷启动，不发生容量逐出。P只写地址0x00的四字节变量x，Q只写0x04的四字节变量y。操作次序为 P:x=1, Q:y=1, P:x=2, Q:y=2, P:x=3, Q:y=3。

两地址属于同一块。第一次P从I发BusRdX取得M；随后每次换核心写，旧M供出含双方最新字段的块并失效，新核心发BusRdX取得M。共6次独占请求，其中5次从旧M转交；本变体这5次还更新内存。最后Q持M，完整块含x=3、y=3，内存中的y仍为2，需末尾回写才能更新。

这里每次只修改自己的四字节，但转交的是整块。若新写者只取得自己的字段而丢弃另一字段，就会产生丢失更新，那已经是协议错误，不只是伪共享性能问题。

把y放到0x40，确保两个地址分属不同64字节块。仍按完全相同次序执行六次写，且假设两块分别能驻留各自cache。P第一次写x、Q第一次写y各发一次BusRdX，后四次均为本地M命中，共2次独占请求，没有核心间块所有权交接。

若要把最终值都送到内存，仍需分别回写两个M块；不能把“无需互相转交”误读成“无需任何传输”。实验须比较相同的结束条件。

P与Q各自访问不同变量，可以没有同一语言对象上的冲突访问，仍承受上述权限往返。反过来，两线程无同步写同一个普通变量可能存在数据竞争，即使恰好只在一个核心轮流执行、没有跨核心行乒乓。语言正确性和块布局性能不是同一判断。

推论与应用

MCS队列锁与CLH锁的通信分析常需要说明节点或轮询字段的缓存行隔离假设。逻辑上每人轮询独立字段，并不保证硬件中独立的行流量。

要验证一个布局改动，应保留算法、操作数和同步语义，记录地址到块的映射，再比较指定协议下的权限事务。真实机器的性能评估还须测量调度、行大小、预取与拓扑；本页6对2的结果只是固定模型的事务计数。

参考资料

Vijay Nagarajan et al., A Primer on Memory Consistency and Cache Coherence, 2nd ed., 2020，§9.2.2，伪共享及块粒度。
William J. Bolosky and Michael L. Scott, “False Sharing and Its Effect on Shared Memory Performance,” USENIX Symposium on Experiences with Distributed and Multiprocessor Systems, 1993；不同数据共块的性能问题。本文两种布局的事务计数严格使用本文MSI变体。