Cache多核之间的一致性MESI

文摘   科技   2025-01-06 20:10   上海  


思考:
1、为什么要学习MESI协议?哪里用到了?你确定真的用到了?
2、MESI只是一个协议,总得依赖一个硬件去执行该协议吧,那么是谁来维护或执行的呢?
3、你不理解的真的是MESI吗,真的需要学习MESI吗?应该是cache架构吧
4、core0和core1之间的一致性是MESI?那cluster0和cluster1之间的呢?sytem1和sytem2之间的呢?
5、MESI协议中的M、E、S、I 的比特位,都是存在哪里的?

1、系统中有哪些一致性需要维护

进入正文,我们来看现代ARM 架构体系(DynamIQ架构)中的cache层级关系图。注意L1/L2都在core中,L3在cluster中。
所以从以下图中就能够直观的看到答案了:

  • (1)core0、core1…之间的一致性 需要维护

  • (2)cluster0和cluster1之间的L3 Cache一致性 需要维护

  • (3)system之间的一致性需要维护

    其中,core0、core1之间的一致性是遵从MESI协议,而cluster0/cluster1之间的一致性、多个system之间的一致性并没有遵从MESI协议。
    所以本文重点介绍的,也就是core0、core1之间的一致性,即MESI协议。

2、core硬件对MESI协议的支持

接下来,进入下一个问题, MESI协议中的M、E、S、I 的比特位都是存在哪里的?这个问题并不难,告别懒惰,多翻一翻ARM TRM手册就能找到答案,如下是armv9 -- cortex-A710 TRM手册中的,cache的TAG里都有什么?
答案显然易见,在Cache的TAG中,有两个比特位表示了MESI的状态

3、MESI协议的原理

接下来进入本文的核心,MESI协议到底是什么?怎样维护一致性的?

(看以下图表,我就不说话了)


Events:

  • RH = Read Hit

  • RMS = Read miss, shared

  • RME = Read miss, exclusive

  • WH = Write hit

  • WM = Write miss

  • SHR = Snoop hit on read

  • SHI = Snoop hit on invalidate

  • LRU = LRU replacement

Bus Transactions:

  • Push = Write cache line back to memory

  • Invalidate = Broadcast invalidate

  • Read = Read cache line from memory

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