MESI协议

转载自:http://blog.csdn.net/unei66/article/details/25738977

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1. Cache的写策略
1. 1Write through写通
2. 2 Write back写回
2. Cache一致性
1. 1一致性问题的产生-信息不对称导致的问题
2. 2Cache一致性的底层操作
3. 3 Cache一致性协议

1.Cache的写策略：

1）Write through（写通）

每次CPU修改了cache中的内容，Cache立即更新内存的内容

2） Write back（写回）

内核修改cache的内容后，cache并不会立即更新内存中的内容，而是等到这个cache line因为某种原因需要从

cache中移除时，cache才会更新内存中的内容。

Write through（写通）由于有大量的访问内存的操作，效率太低，大多数处理器都使用Writeback（写回）策略。

Cache如何知道这行有没有被修改？需要一个标志-dirty标志。Dirty标志为1，表示cache的内容被修改，和内存的

内容不一致，当该cache line被移除时，数据需要被更新到内存，dirty标志位0（称为clean），表示cache的内容

和内存的内容一致。

有dirty标志的cache结构：

程序cache不会被修改，不需要dirty标志，数据cache需要dirty标志。

2.Cache一致性

1）一致性问题的产生-信息不对称导致的问题

在多核处理器中，内存中有一个数据x，值为3，被缓存到core0和core1中，如果core0将x修改为5，而core1

不知道x被修改，还在使用旧事，就会导致程序出错，这就是cache的不一致。

2）Cache一致性的底层操作

为了保证cache的一致性，处理器提供了两个保证cache一致性的底层操作：Writeinvalidate和Write update。

Write invalidate（置无效）：当一个内核修改了一份数据，其他内核上如果有这份数据的复制，就置成无效。

Write update（写更新）：当一个内核修改了一份数据，其他地方如果有这份数据的复制，就都更新到最新值。

Write invalidate是一种简单的方式，不需要更新数据，如果core1和core2以后不再使用变量x，这时候采用

write invalidate就非常有效，不过由于一个valid标志对应一个Cache line，将valid标志置成invalid后，这个

cache line中其他的有效的数据也不能使用了。Write upodate策略会产生大量的数据更新操作，不过只用更

新修改的数据，如果core1和core2会使用变量x，那么writeupdate就比较有效。由于Writeinvalidate简单，

大多数处理器都是用Writeinvalidate策略。

3） Cache一致性协议

在MESI协议中，每个Cacheline有4个状态，可用两个bit表示，它们分别是：

E状态（独占）：

S状态（共享）：

M状态和I状态：

MESI协议状态迁移图：

Local Read表示本内核读本Cache的值，Local Write表示本内核写Cache中的值，Remote Read表示其他内核

读其他Cache中的值，Remote write 表示其他内核写其他Cache的值，箭头表示本Cache line状态的迁移，唤

醒箭头表示状态不变。

MESI状态之间的迁移过程如下：

参考资料：

1.《大话处理器》