[5]Cache一致性.ppt

高等计算机体系结构
北京科技大学计算机系
李建江
参考课件:清华大学计算机科学与技术系高性能计算研究所郑纬民教授
第五章 Cache Coherence
Cache Coherence问题
Cache Coherence的提出
多个Cache不一致的原因
两种设计Cache一致性协议策略
监听总线协议
基于目录的Cache一致性协议
三种Cache一致性策略
Cache Coherence问题
Cache Coherence问题的提出
在多处理器系统中,多个Cache中,对应的copy内容应该一致,如下图:
Memory
Cache
P
Cache
P
……
Cache
P
这几个copy
应该一致
多个Cache不一致的原因
(sharing of writable data)
P1
P2
更新前
x
x
x
处理机
Cache
shared
memory
P1
P2
写通过
x’
x
x’
P1
P2
写回
x’
x
x

P1
P2
迁移前
x
x
处理机
Cache
P1
P2
写通过
x
x’
x’
P1
P2
写回
x’
x
x
shared
memory
上图中:
右图为:包含共享变量x的进程原来在P1上运行,并对x进行了修改(但采取写回策略,所以暂时没有修改Memory),由于某种原因迁移到P2,修改过的x’仍在P1的Cache中,P2运行时从Memory中得到x(因为缺失),这个x其实是“过时”的,所以造成了不一致。
中间图为:P2中运行的进程对x进行了修改,采取写通过策略,所以把Memory中的x也修改为x’,由于某种原因该进程迁移到P1,但P1的Cache中仍为x,所以造成不一致。
3. I/O操作(绕过Cache的I/O操作)
P1
P2
x
x
存储器
P1
P2
写通过
x
x
P1
P2
写回
x’
x
x
x’
x’
x
x
I/O
存储器
输入
存储器
输出
c1
c2
总线
上图中:
中间图为:当I/O处理机将一个新的数据x’写入主存储器时,绕过采用写通过策略的cache,则C1和共享存储器之间产生了不一致。
右图为:直接从主存储器输出数据时(绕过Cache),采用写回策略的高速缓存产生不一致性。
两种设计Cache一致性协议策略
(write invalidate)
任一处理器写它的私有Cache时,它都使所有其它的Cache中的副本失效。
对Write-through,它也更新memory中的副本(最终是一个Cache中的副本和memory中的副本是有效的)。
对Write-back,它使memory中的副本也失效(最终只有一个Cache中的副本是有效的)。
(write update)
任一处理器写它的私有Cache时,它都立即更新所有其它的Cache中的副本。
对Write-through,它也更新主存储器中的副本。
对Write-back,对存储器中副本的更新延迟到这个Cache被置换的时刻。