CPU多級快取 快取一致性

2021-08-18 09:50:30 字數 1630 閱讀 3954

mesi(快取一致性)

快取一致性,用於保證多個cpu cache之間快取共享資料的一致性。

mesi協議將cache line的狀態分為modify(修改),exclusive(獨佔),shared(共享),invalid(失效)。

modify:當前cpu cache擁有最新資料,其他cpu擁有失效資料(cache line的狀態是invalid),雖然當前cpu中的資料和主存是不一致的,但是以當前cpu的資料為準。

exclusive:只有當前cpu中有資料,其他cpu中沒有改資料,當前cpu的資料和主存中的資料是一致的。

shared:當前cpu和其他cpu中都有共同資料,並且和主存中的資料一致。

invalid:當前cpu中的資料失效,資料應該從主存中獲取,其他cpu中可能有資料也可能無資料,當前cpu中的資料和主存被認為是不一致的。

cache操作

mesi協議中,每個cache的控制器不僅知道自己的操作(local read和local write),通過監聽也知道其他cpu中cache的操作(remote read和remote write)。對於自己本地快取有的資料,cpu僅需要發起local操作,否則發起remote操作,從主存中讀取資料,cache控制器通過匯流排監聽,僅能夠知道其他cpu發起的remote操作,但是如果local操作會導致資料不一致性,cache控制器會通知其他cpu的cache控制器修改狀態。

local read(lr):讀本地cache中的資料;

local write(lw):將資料寫到本地cache;

remote read(rr):讀取主存中的資料;

remote write(rw):將資料寫通到主存。

狀態轉換和cache操作

mesi協議中cache line資料狀態有4種,引起資料狀態轉換的cpu cache操作也有4種,因此要理解mesi協議,就要將這16種狀態轉換的情況討論清楚。

初始場景:在最初的時候,所有cpu中都沒有資料,某乙個cpu發生讀操作,此時發生rr,資料從主存中讀取到當前cpu的cache,狀態為e(獨佔,只有當前cpu有資料,且和主存一致),此時如果有其他cpu也讀取資料,則狀態修改為s(共享,多個cpu之間擁有相同資料,並且和主存保持一致),如果其中某乙個cpu發生資料修改,那麼該cpu中資料狀態修改為m(擁有最新資料,和主存不一致,但是以當前cpu中的為準),並通知其他擁有該資料的cpu資料失效,其他cpu中的cache line狀態修改為i(失效,和主存中的資料被認為不一致,資料不可用應該重新獲取)。

總結

mesi協議為了保證多個cpu cache中共享資料的一致性,定義了cache line的四種狀態,而cpu對cache的4種操作可能會產生不一致狀態,因此cache控制器監聽到本地操作和遠端操作的時候,需要對位址一致的cache line狀態做出一定的修改,從而保證資料在多個cache之間流轉的一致性。

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