缓存一致性-MESI协议理解

学习慕课网-之后,自己的理解.参考文章https://blog.csdn.net/jjavaboy/article/details/77164474

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MESI协议:用于保证CPU cache之间缓存共享数据的一致性.

四种状态:

M:modified 修改的

E:exclusive 独享的

S:shared 共享的

I:invalid 无效的

四种操作:

local read: 读本地缓存中的数据;

local write: 将数据写到本地的缓存中;

remote read:从主存中读取数据.  (个人理解:其他核读到了本核的内存,在此之前,本核内存已经存入主存中了;但是当本核内存中的状态是I无效的,别处是读不到的);

remote write:将本地数据写回主存中;

在MESI协议中，每个Cache的Cache控制器不仅知道自己的读写操作，而且也监听(snoop)其它Cache的读写操作。每个Cache line所处的状态根据本核和其它核的读写操作在4个状态间进行迁移。

MESI协议状态迁移分析:

I状态(Invalid)下:

    Local Read操作:

            其他缓存先没有此数据,本cache直接从自身内存去,此时是独享的,状态变为E;

            其他cache有这份数据,且状态为M,表明其他缓存该数据已修改,需要将数据更新到内存中,本cache再从内存中取出该数据,此时两个cache的该数据共享,状态变为S;

            如果其他Cache有这份数据,且状态为S或者E,本Cache从内存中取数据,这些cache的cache line状态都变为S

        Local Write操作:

                从内存中取数据.在cache中修改,状态变为M;

                如果其他cache中有这份数据,且状态为M,则要先将数据更新到内存;

                如果其他cache有这份数据,则其他cache的cache line状态都变为I

        Remote Read操作和Remote Write操作:

                既然本核是Invalid,别核的操作与它无关;

E状态(Exclusive)下:

        Local Read操作:

                独享,从自己cache中取数据,状态不变;

        Local Write操作:

                修改cache中的数据,状态不变;

        Remote Read操作:

                其他核会读取到本核的数据,数据要跟其他核数据分享,状态变为S;

        Remote Write操作:

                数据被修改了,本Cache Line不能再使用,状态变为I

S状态(share)下:

        Local Read操作:

                从Cache中取数据,状态不变;

        Local Write操作:

                修改Cache中的数据,状态变成了M;

                其他核共享的cache Line状态变成了I;

        Remote Read操作:

                状态不变;

        Remote Write操作:

                数据在别的核被修改,那么本Cache line不能再使用,状态变为I;

M状态(Modified)下:

        Local Read操作:

                从Cache中去数据,状态不变;

        Local Write操作:

                修改Cache中的数据,状态不变;

        Remote Read操作:

                别核进行读的时候,会读到此处M状态的数据 ,此处状态变为S;

        Remote Write操作:

                别核进行了写的操作,那么此时别核掌握最新的数据,此cache的状态变为无效I;