MESI协议
2021/9/1 23:09:27
本文主要是介绍MESI协议,对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!
MESI协议中的状态
CPU
中每个缓存行(caceh line
)使用4种状态进行标记(使用额外的两位(bit
)表示):
M: 被修改(Modified)
该缓存行只被缓存在该CPU
的缓存中,并且是被修改过的(dirty
),即与主存中的数据不一致,该缓存行中的内存需要在未来的某个时间点(允许其它CPU
读取请主存中相应内存之前)写回(write back
)主存。
当被写回主存之后,该缓存行的状态会变成独享(exclusive
)状态。
E: 独享的(Exclusive)
该缓存行只被缓存在该CPU
的缓存中,它是未被修改过的(clean
),与主存中数据一致。该状态可以在任何时刻当有其它CPU
读取该内存时变成共享状态(shared
)。
同样地,当CPU
修改该缓存行中内容时,该状态可以变成Modified
状态。
S: 共享的(Shared)
该状态意味着该缓存行可能被多个CPU
缓存,并且各个缓存中的数据与主存数据一致(clean
),当有一个CPU
修改该缓存行中,其它CPU
中该缓存行可以被作废(变成无效状态(Invalid
))。
I: 无效的(Invalid)
该缓存是无效的(可能有其它CPU
修改了该缓存行)。
MESI状态转换
- Transition (a):缓存行被写回到物理内存,但是CPU仍然将它保留在缓存中,并在以后修改它。这个转换需要一个“写回”消息。
- Transition (b):CPU将数据写到缓存行,该缓存行目前处于排它访问。不需要发送或者接收任何消息。
- Transition (c):CPU收到一个“读使无效”消息,相应的缓存行已经被修改。CPU必须使无效本地副本,然后响应“读响应”和 “使无效应答”消息,同时发送数据给请求的CPU,标示它的本地副本不再有效。
- Transition (d):CPU进行一个原子读—修改—写操作,相应的数据没有在它的缓存中。它发送一个“读使无效”消息,通过“读响应”消息接收数据。一旦它接收到一个完整的“使无效应答”响应集合,CPU就完成此转换。
- Transition (e):CPU进行一个原子读—修改—写操作,相应的数据在缓存中是只读的。它必须发送一个“使无效”消息,并等待“使无效应答”响应集合以完成此转换。
- Transition (f):其他某些CPU读取缓存行,其数据由本CPU提供,本CPU包含一个只读副本。数据只读的原因,可能是由于数据已经回写到内存中。这个转换开始于接收到一个“读”消息,最终本CPU响应了一个“读响应” 消息。
- Transition (g):其他CPU读取数据,并且数据是从本CPU的缓存或者物理内存中提供的。无论哪种情况,本CPU都会保留一个只读副本。这个事务开始于接收到一个“读”消息,最终本CPU响应一个“读响应”消息。
- Transition (h):当前CPU很快将要写入一些数据到缓存行,于是发送一个“使无效”消息。直到它接收到所有“使无效应答”消息后,CPU才完成转换。可选的,所有其他CPU通过“写回”消息将缓存行的数据换出(可能是为其他缓存行腾出空间)。这样,当前CPU就是最后一个缓存该数据的CPU。
- Transition (i):其他某些CPU进行了一个原子读—修改—写操作,相应的缓存行仅仅被本CPU持有。本CPU将缓存行变成无效状态。这个转换开始于接收到“读使无效”消息,最终本CPU响应一个“读响应”消息以及一个“使无效应答”消息。
- Transition (j):本CPU保存一个数据到缓存行,但是数据还没有在它的缓存行中。因此发送一个“读使无效”消息。直到它接收到“读响应”消息以及所有“使无效应答”消息后,才完成事务。缓存行可能会很快转换到“修改”状态,这是在存储完成后由Transition (b)完成的。
- Transition (k):本CPU装载一个数据,但是数据还没有在缓存行中。CPU发送一个“读”消息,当它接收到相应的“读响应”消息后完成转换。
- Transition (l):其他CPU存储一个数据到缓存行,但是该缓存行处于只读状态(因为其他CPU也持有该缓存行)。这个转换开始于接收到一个“使无效”消息,当前CPU最终响应一个“使无效应答”消息。
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