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
- java后台对json格式数据的解析
Json 和 Jsonlib 的使用 什么是 Json JSON(JvaScript Object Notation)(官网网站:http://www.json.org/)是 一种轻量级的数据交换格式 ...
- libtool的工作原理
libtool 是一个通用库支持脚本,将使用动态库的复杂性隐藏在统一.可移植的接口中:使用libtool的标准方法,可以在不同平台上创建并调用动态库.可以认为libtool是gcc的一个抽象,其包装了 ...
- 第4章 jQuery中的事件和动画
4.1 jQuery中的事件 4.1.1 加载DOM jQuery就是用 `$(document).ready()方法来代替传统JavaScript的window.onload方法的. 1.执行时机 ...
- 《Head First Servlets & JSP》-10-定制标记开发
标记文件:很想include,但是比include更好 建立和使用标记文件的最简方法 取一个被包含文件(如Header.jsp),把它重命名为带有一个.tag扩展名(Header.tag): 把标记文 ...
- Mac下的UI自动化测试 (四)
在实际写testcase的时候会使用unittest框架,但是在sikuli中需要使用它提供的command来运行,位于/Applications/SikuliX.app/run,使用-r参数指定要运 ...
- docker初探
1.什么是docker: 可以理解为一个可移植的集装箱容器,开发者可以打包他们的应用以及依赖包到一个可移植的容器中. 2.docker安装及使用(ubuntu16.04) (1)首先通过apt-get ...
- [转]10分钟梳理MySQL知识点:揭秘亿级高并发数据库调优与最佳实践法则
转:https://mp.weixin.qq.com/s/RYIiHAHHStIMftQT6lQSgA 做业务,要懂基本的SQL语句: 做性能优化,要懂索引,懂引擎: 做分库分表,要懂主从,懂读写分离 ...
- 阿里云服务器 ECS 部署lamp:centos+apache+mysql+php安装配置方法 (centos7)
阿里云服务器 ECS 部署lamp:centos+apache+mysql+php安装配置方法 (centos7) 1.效果图 1 2. 部署步骤 1 1. mysql安装附加(centos7) 7 ...
- 线程池之ThreadPoolExecutor详解
为什么要使用线程池 线程是一个操作系统概念.操作系统负责这个线程的创建.挂起.运行.阻塞和终结操作.而操作系统创建线程.切换线程状态.终结线程都要进行CPU调度——这是一个耗费时间和系统资源的事情. ...
- 开窗函数Over用法
比如我们有这个表: 销售记录表 日期 姓名 产品 销售额 201601 A 电脑 12560 201601 A 手机 6501 201601 A 平板 8510 201602 A 手机 1560 20 ...