体系结构学习16-Memory Consistency

1、Memory Consistency来源

保证每一个处理器接触一致的数据
Global Ordering of Access to all location
而cache Consistency 只是local ordering of access to each cache block
Memory Ordering 情况：

• Single Processor：in-order（与程序代码顺序一致） ， Out-of-Order
• MIMD Processor
• I/O Devices

Software：程序员希望执行顺序和代码顺序一样；保证互锁互斥
Hardware：需要支持互锁互斥

2、Sequential Consistency

Memory Consistency在原始意义上实现过于困难，选择实现Sequential Consistency。

• 单个线程执行顺序保持一致
  R-W，R-R，W-R，W-W

但是要完全保证Sequential Consistency代价过高（不支持大多数性能优化，比如load bypass），于是考虑放宽要求：

• Total Store Ordering：R-W，R-R，W-W
• Partial Store Ordering：R-W，R-R
• Weak Ordering or Release Consistency：
  加fences，即执行完成与没有执行的边界
  acquire and release 操作，保证操作互斥

3、Locks or Semaphores

先检查后执行，如果冲突则等待
PV操作
software实现十分复杂，故而考虑Hardware实现：
Test&Set ， Fetch&Add， Swap

4、NonBlocking Synchronization

先执行后检查，若冲突（与之前flag不一致，确保每次只有一个执行成功）则舍弃执行结果：
Compare & Swap，Load-Link，Store-conditional

5、Mutual Exclusion Using Load/Store

• 要求Sequential Consistency，不然load、store被改变顺序就没有意义了
• 实现要求很高，需要精确设计
  实现方式
• 先申请权限，但不放开权限（会出现死锁）
• 先申请权限，如果发现同时申请，则放开（会出现活锁，或者执行较慢的线程出现starvation）
• Dekker’s Protocol：轮流优先权，优先级高的不放开权限，一直等待优先级低的放开。优先权使用后降低其优先级从而避免starvation。