计算机系统结构-多处理器与集群Cache一致性.ppt

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1、计算机系统结构----多处理器与集群：Cache一致性大纲2021/9/142私有数据与共享数据私有数据被单个处理器使用共享数据被多个处理器使用Cache一致性问题2021/9/143Cache一致性问题若任何一项的返回结果均是最近写入的数值，则具有Cache一致性一致性读行为连贯性读写操作的行为2021/9/144Cache一致性的条件同时满足如下条件读操作返回最后一次写入的值写操作是串行的，以最后一次写入的值为准存储器连贯性模型所有处理器都更新结果后写操作才算完成写操作次序不能变2021/9/145

2、解决Cache一致性的方法共享数据的迁移和复制数据迁移至本地Cache存在数据的副本Cache一致性协议目录式共享状态存放在一个地点监听式Cache广播，本地Cache监听总线的更新目前应用最广泛2021/9/146监听协议写无效协议处理器写数据之前，保证独占访问，使其他所有副本无效有可能产生写竞争2021/9/147监听协议（2）写更新协议（写广播协议）更新所有副本需要更大的带宽使用很少2021/9/148监听协议的实现使用总线广播无效操作必须首先获得总线的访问权总线仲裁实现串行化第一个取得总线的处理

3、器把其他的副本置为无效写直达的Cache实现容易最新值必定在内存中应用少2021/9/149监听协议的实现（2）写回的Cache应用广泛占用带宽低最新的数据有可能存在Cache中写回式Cache监听Cache缺失找回Cache块的脏数据副本利用标识位实现标志是否共享若没有共享，直接写即可，同时标志为私有2021/9/1410实现技术MESI协议modified,exclusive,shared,invalid修改/独占/共享/无效可以用修改表示独占，成为三状态MOESI协议O表示owned2021/9/

4、1411状态表2021/9/1412状态表（续）Cache块状态只有3种无效/共享/修改Cache操作有4种一般命中一般缺失（同单处理器缺失）替换（同单处理器替换缺失）一致（要求保持Cache一致性）其他处理器发生缺失，状态从独占变为共享2021/9/1413状态图2021/9/1414状态图（2），即把上图合并2021/9/1415状态图任何状态回到独占状态必须总线放置一个写缺失信号，所有Cache副本无效假设操作都是原子操作不会有其他操作干扰其实不存在，有死锁的可能2021/9/1416一致性缺失真

5、共享缺失都直接由处理器间数据共享引起假共享缺失由于一致性算法引起QaP219例子2021/9/1417基于目录的一致性每个数据块分配一个条目2021/9/1418基于目录的一致性协议2个基本问题读缺失共享未修改Cache块的写操作可能的状态如下共享所有Cache块及其副本的数据最新未缓存没有数据副本修改只有一个处理器拥有，且执行写操作，存储器中的副本是无效的2021/9/1419实现方式跟踪Cache中块的状态位同时跟踪共享数据副本的处理器每个存储器保留一个向量每一位表示相应的处理器是否拥有该副本202

6、1/9/1420状态表2021/9/1421状态位2021/9/1422