Протокол кэширования MESI

Question

Я читал о протоколе когерентности кэша MESI snooping, который, как мне кажется, используется в современных многоядерных процессорах x86 (пожалуйста, исправьте меня, если я ошибаюсь). Теперь эта статья говорит об этом в одном месте.

Кэш, содержащий строку в состоянии Modified, должен отслеживать (перехватывать) все попытки чтения (из всех других кэшей в системе) соответствующего расположения в основной памяти и вставлять данные, которые он содержит. Обычно это делается путем принудительного отключения чтения (т. Е. Повторной попытки позже), а затем записи данных в основную память и изменения строки кэша в состояние Shared.

Теперь я не понимаю, почему данные должны записываться в основную память. Может ли когерентность кеша просто синхронизировать содержимое кешей, не переходя в память (разве что строка кеша действительно исключена из курса)? Я имею в виду, если одно ядро ​​постоянно читает, а другое постоянно пишет, почему бы не сохранить данные в кеш-памяти и постоянно обновлять данные в кеш-памяти. Зачем производить запись обратно в основную память?

Другими словами, не могут ли ядра, считывающие данные, непосредственно считывать из кеша пишущего ядра и соответствующим образом изменять свой кеш?

Answer 1

Теперь я не понимаю, почему данные должны записываться в основную память. Может ли когерентность кеша просто синхронизировать содержимое кешей, не переходя в память (разве что строка кеша действительно исключена из курса)?

Это случается

У меня на ноутбуке iCore 5, который выглядит следующим образом;

   M
   N
   S
  L3U
L2U L2U
L1D L1D
L1I L1I
 P   P
L L L L

M = Main memory
N = NUMA node
S = Socket
L3U = Level 3 Unified
L2U = Level 2 Unified
L1D = Level 1 Data
L1I = Level 1 Instruction
P = Processor
L = Logical core

Когда два логических ядра работают с одними и теми же данными, они не перемещаются в основную память; они обмениваются через кэши L1 и L2. Аналогичным образом, когда ядра двух процессоров работают, они обмениваются данными через кэш-память третьего уровня. Основная память не используется, пока не произойдет выселение.

Но более простой процессор действительно может быть менее умен.

Answer 2

Протокол MESI не позволяет нескольким кэшам хранить одну и ту же строку в modified государство. Таким образом, если одна строка кэша изменена и хочет быть прочитанной из кэша другого процессора, то она должна быть сначала записана в основную память, а затем прочитана, так что теперь оба кэша процессора share эта линия (общее состояние)

Answer 3

Потому что кеши обычно не могут записывать напрямую друг в друга (так как это потребует большей пропускной способности).

Answer 4

я не понимаю, почему данные должны быть записаны в основную память

Давайте процессор A имеет это modified линия. Теперь процессор B пытается прочитать ту же самую строку кэша (измененную A) из основной памяти. Поскольку содержимое в основной памяти теперь недопустимо (поскольку A изменило содержимое), A отслеживает любые другие попытки чтения для этой строки. Таким образом, чтобы процессор B (и другие) мог прочитать эту строку, A должен записать ее обратно в основную память.

I mean if one core is constantly reading and the other constantly writing,

почему бы не сохранить данные в кеш-памяти и постоянно обновлять данные в кеш-памяти.

Вы правы, и это то, что обычно делается. Но здесь дело не в этом. Кто-то другой (процессор B в нашем примере) пытается прочитать. Так что А должен записать его обратно и сделать состояние строки кэша shared потому что и A, и B теперь совместно используют строку кэша.

Answer 5

Так что на самом деле я не думаю, что кэш чтения должен идти в основную память. В MESI, когда процессор запрашивает блок, модифицированный одним из его одноранговых узлов, он выдает ошибку чтения по шине (или любой среде межсоединения), которая транслируется каждому процессору.

Процессор, который удерживает блок в состоянии "Modified", перехватывает вызов и выдает копию обратно на шину - содержит идентификатор блока и значение - при изменении своего собственного состояния копирования на "shared". Эта копия возвращается принимающим процессором, который запишет блок в свой локальный кеш и пометит его как "общий".

Это зависит от реализации, если копия, выданная владельцем, переходит в основную память, или нет.

edit: обратите внимание, что протокол MOESI добавляет состояние "Owned", очень похожее на "Shared", и позволяет процессору, содержащему копию блока, в состоянии владения, копировать обратно значение на шине, если он перехватывает широковещательную передачу пропустить запись / чтение для этого блока.