Cache一致性协议之MESI
http://blog.csdn.net/muxiqingyang/article/details/6615199
Cache一致性协议之MESI
处理器上有一套完整的协议,来保证Cache一致性。比较经典的Cache一致性协议当属MESI协议,奔腾处理器有使用它,很多其他的处理器都是使用它的变种。
单核Cache中每个Cache line有2个标志:dirty和valid标志,它们很好的描述了Cache和Memory(内存)之间的数据关系(数据是否有效,数据是否被修改),而在多核处理器中,多个核会共享一些数据,MESI协议就包含了描述共享的状态。
在MESI协议中,每个Cache line有4个状态,可用2个bit表示,它们分别是:
|
状态 |
描述 |
|
M(Modified) |
这行数据有效,数据被修改了,和内存中的数据不一致,数据只存在于本Cache中。 |
|
E(Exclusive) |
这行数据有效,数据和内存中的数据一致,数据只存在于本Cache中。 |
|
S(Shared) |
这行数据有效,数据和内存中的数据一致,数据存在于很多Cache中。 |
|
I(Invalid) |
这行数据无效。 |
MESI状态
M(Modified)和E(Exclusive)状态的Cache line,数据是独有的,不同点在于M状态的数据是dirty的(和内存的不一致),E状态的数据是clean的(和内存的一致)。
S(Shared)状态的Cache line,数据和其他Core的Cache共享。只有clean的数据才能被多个Cache共享。
I(Invalid)表示这个Cache line无效。
E状态示例如下:

E状态
只有Core 0访问变量x,它的Cache line状态为E(Exclusive)。
S状态示例如下:

S状态
3个Core都访问变量x,它们对应的Cache line为S(Shared)状态。
M状态和I状态示例如下:

M状态和I状态
Core 0修改了x的值之后,这个Cache line变成了M(Modified)状态,其他Core对应的Cache line变成了I(Invalid)状态。
在MESI协议中,每个Cache的Cache控制器不仅知道自己的读写操作,而且也监听(snoop)其它Cache的读写操作。每个Cache line所处的状态根据本核和其它核的读写操作在4个状态间进行迁移。
MESI协议状态迁移图如下:

MESI协议状态迁移图
在上图中,Local Read表示本内核读本Cache中的值,Local Write表示本内核写本Cache中的值,Remote Read表示其它内核读其它Cache中的值,Remote Write表示其它内核写其它Cache中的值,箭头表示本Cache line状态的迁移,环形箭头表示状态不变。
当内核需要访问的数据不在本Cache中,而其它Cache有这份数据的备份时,本Cache既可以从内存中导入数据,也可以从其它Cache中导入数据,不同的处理器会有不同的选择。MESI协议为了使自己更加通用,没有定义这些细节,只定义了状态之间的迁移,下面的描述假设本Cache从内存中导入数据。
MESI状态之间的迁移过程如下:
|
当前状态 |
事件 |
行为 |
下一个状态 |
|
I(Invalid) |
Local Read |
如果其它Cache没有这份数据,本Cache从内存中取数据,Cache line状态变成E; 如果其它Cache有这份数据,且状态为M,则将数据更新到内存,本Cache再从内存中取数据,2个Cache 的Cache line状态都变成S; 如果其它Cache有这份数据,且状态为S或者E,本Cache从内存中取数据,这些Cache 的Cache line状态都变成S |
E/S |
|
Local Write |
从内存中取数据,在Cache中修改,状态变成M; 如果其它Cache有这份数据,且状态为M,则要先将数据更新到内存; 如果其它Cache有这份数据,则其它Cache的Cache line状态变成I |
M |
|
|
Remote Read |
既然是Invalid,别的核的操作与它无关 |
I |
|
|
Remote Write |
既然是Invalid,别的核的操作与它无关 |
I |
|
|
E(Exclusive) |
Local Read |
从Cache中取数据,状态不变 |
E |
|
Local Write |
修改Cache中的数据,状态变成M |
M |
|
|
Remote Read |
数据和其它核共用,状态变成了S |
S |
|
|
Remote Write |
数据被修改,本Cache line不能再使用,状态变成I |
I |
|
|
S(Shared) |
Local Read |
从Cache中取数据,状态不变 |
S |
|
Local Write |
修改Cache中的数据,状态变成M, 其它核共享的Cache line状态变成I |
M |
|
|
Remote Read |
状态不变 |
S |
|
|
Remote Write |
数据被修改,本Cache line不能再使用,状态变成I |
I |
|
|
M(Modified) |
Local Read |
从Cache中取数据,状态不变 |
M |
|
Local Write |
修改Cache中的数据,状态不变 |
M |
|
|
Remote Read |
这行数据被写到内存中,使其它核能使用到最新的数据,状态变成S |
S |
|
|
Remote Write |
这行数据被写到内存中,使其它核能使用到最新的数据,由于其它核会修改这行数据, 状态变成I |
I |
MESI状态迁移
AMD的Opteron处理器使用从MESI中演化出的MOESI协议,O(Owned)是MESI中S和M的一个合体,表示本Cache line被修改,和内存中的数据不一致,不过其它的核可以有这份数据的拷贝,状态为S。
Intel的core i7处理器使用从MESI中演化出的MESIF协议,F(Forward)从Share中演化而来,一个Cache line如果是Forward状态,它可以把数据直接传给其它内核的Cache,而Share则不能。
Cache一致性协议之MESI的更多相关文章
- 《大话处理器》Cache一致性协议之MESI (转)
原文链接:http://blog.csdn.net/muxiqingyang/article/details/6615199 Cache一致性协议之MESI 处理器上有一套完整的协议,来保证Cache ...
- 《大话处理器》Cache一致性协议之MESI【转】
转自:https://blog.csdn.net/muxiqingyang/article/details/6615199 版权声明:本文为博主原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载 ...
- Cache一致性协议与伪共享问题
Cache一致性协议 在说伪共享问题之前,有必要聊一聊什么是Cache一致性协议 局部性原理 时间局部性:如果一个信息项正在被访问,那么在近期它很可能还会被再次访问 比如循环.方法的反复调用等 空间局 ...
- 关于缓存一致性协议、MESI、StoreBuffer、InvalidateQueue、内存屏障、Lock指令和JMM的那点事
前言 事情是这样的,一位读者看了我的一篇文章,不认同我文章里面的观点,于是有了下面的交流. 可能是我发的那个狗头的表情,让这位读者认为我不尊重他.于是,这位读者一气之下把我删掉了,在删好友之前,还叫我 ...
- 缓存一致性协议(MESI)
在目前主流的计算机中,cpu执行计算的主要流程如图所示: 数据加载的流程如下: 1.将程序和数据从硬盘加载到内存中 2.将程序和数据从内存加载到缓存中(目前多三级缓存,数据加载顺序:L3->L2 ...
- 3.3.1 Cache一致性的基本概念
PCI设备对可Cache的存储器空间进行DMA读写的操作的过程较为复杂,有关Cache一致性的话题可以独立成书.而不同的处理器系统使用的Cache Memory的层次结构和访问机制有较大的差异,这部分 ...
- 【并发编程】MESI--CPU缓存一致性协议
原文:多线程之:MESI-CPU缓存一致性协议 概念 MESI(Modified Exclusive Shared Or Invalid)(也称为伊利诺斯协议,是因为该协议由伊利诺斯州立大学提出)是一 ...
- 多线程之:MESI-CPU缓存一致性协议
MESI(Modified Exclusive Shared Or Invalid)(也称为伊利诺斯协议,是因为该协议由伊利诺斯州立大学提出)是一种广泛使用的支持写回策略的缓存一致性协议,该协议被应用 ...
- 并发研究之CPU缓存一致性协议(MESI)
CPU缓存一致性协议MESI CPU高速缓存(Cache Memory) CPU为何要有高速缓存 CPU在摩尔定律的指导下以每18个月翻一番的速度在发展,然而内存和硬盘的发展速度远远不及CPU.这就造 ...
随机推荐
- 12. git常用语法总结
git介绍与安装这里不再多说,再说也不如廖雪峰大佬总结的优秀: https://www.liaoxuefeng.com/wiki/0013739516305929606dd18361248578c67 ...
- linux中的线程同步:生产者、消费者问题
#include <stdio.h> #include <semaphore.h> #include <unistd.h> #include <stdlib. ...
- WinForm 生命周期, WinForm 事件执行顺序
1.窗体启动: Control.HandleCreatedControl.BindingContextChangedForm.LoadControl.VisibleChangedForm.Activa ...
- symbol访问法及symbor注册表
symbol主要作用是防止对象属性名冲突 在ES6之前,对象的属性名只能是字符串,这样很容易造成字符串的冲突. 例:假设person对象是从外部库引入的一个对象 let person = { name ...
- SQL Server之XML PATH()
)='SYS20130228000000012'; SELECT ',' + MedicineTypeID FROM Dic_Res_StoreToType b WHERE b.MedicalInst ...
- Android View部分消失效果实现
本文来自网易云社区 作者:孙有军 老需求 我们经常会有需求就是View消失的效果,这里我们说的消失往往是全部消失,我们可能采用一个alpha动画,在指定的时间内消失掉View,出现则实现相反的动画.我 ...
- Python学习第三方库Requests: 让 HTTP 服务人类
转自官方文档:http://cn.python-requests.org/zh_CN/latest/ 快速上手 http://cn.python-requests.org/zh_CN/latest/u ...
- 【转】c# 读取excel数据的两种方法
源地址:http://www.cnblogs.com/icyJ/p/ReadExcel.html
- CI框架定义判断POST GET AJAX
CI框架当中并没有提供,类似tp框架中IS_POST,IS_AJAX,IS_GET的方法. 所有就得我们自己造轮子了.下面就介绍一下,如何定义这些判断请求的方法.其实很简单的. 首先打开constan ...
- UDP socket
1.Udp :User Datagram Protocol(Udp)用户数据报文协议. 2.适用于局域网的主机间通信. 3.使用方法 1:创建Socket OS_Socket local(127.0. ...