网站开发超链接点击后变色,南昌有限公司 网站,长春专业企业网站建设工作室,中国建设银行龙卡网站1 定义 缓存一致性 Cache coherence 简称 CC#xff0c; 缓存一致性协议是在共享缓存多处理器架构确保最终一致性最突出、最重要的机制。这些协议在缓存线#xff08;cache-line#xff09;级别实现了对一致性的保证。缓存线是从主内存中读取数据和向内存中写入数据的缓存单…1 定义 缓存一致性 Cache coherence 简称 CC 缓存一致性协议是在共享缓存多处理器架构确保最终一致性最突出、最重要的机制。这些协议在缓存线cache-line级别实现了对一致性的保证。缓存线是从主内存中读取数据和向内存中写入数据的缓存单位至少从一致性机制的角度看是这样的。商用处理器上三个最突出最重要的缓存一致性协议—MOESI, MESI, and MESIF—的缩写都来自它们为缓存线定义的各种状态Modified已修改, Owned被占用,Exclusive独占的, Shared共享的, Invalid无效的, and Forward转发的。缓存一致性协议在对内存确保最终一致性的内存一致性机制的帮助下对这些状态进行管理。 Intel 奔腾 MESI 协议 AMD opteron MOESI 协议 Intel i7 : MESIF 协议 问题 为什么需要缓存CC 答案 从第二章的体系结构图可以看到一般每个核心都有一个私有的L1级和L2级Cache同一个物理CPU上的多个核心共享一个L3级缓存这样的设计是出于提高内存访问性能的考虑。但是这样就有一个问题了每个核心之间的私有L1L2级缓存之间需要同步啊。比如核心1上的线程A对一个共享变量global_counter进行了加1操作这个被写入的新值存到核心1的L1缓存里了此时另一个核心2上的线程B要读global_counter了但是核心2的L1缓存里的global_counter的值还是旧值最新被写入的值现在还在核心1上。这就需要CPU有一个模块来保证同一个内存的数据在同一时刻对任何对其可见的核心看来数据是一致的由第二章缓存图知道这种专门的组件就是缓存控制器Cbox,Bbox。 2 CC协议 2.1 MESI 详细了解参考 Cache一致性协议之MESI http://blog.csdn.net/muxiqingyang/article/details/6615199 2.2 MOESI MOESI 是MESI 的一种拓展 下面是基于MOESI的一个例子展示的是共享缓存多处理器中共享读写的生命周期。 [http://www.oschina.net/translate/nonblocking-algorithms-and-scalable-multicore-programing] 2.3 MESIF Intel提出了另外一种MESI协议的变种即MESIF协议该协议与MOESI协议有较大的不同也远比MOESI协议复杂该协议由Intel的QPI(QuickPath Interconnect)技术引入其主要目的是解决“基于点到点的全互连处理器系统”的Cache共享一致性问题而不是“基于共享总线的处理器系统”的Cache共享一致性问题。 在基于点到点互连的NUMA(Non-Uniform Memroy Architecture)处理器系统中包含多个子处理器系统这些子处理器系统由多个CPU组成。如果这个处理器系统需要进行全机Cache共享一致性该处理器系统也被称为ccNUMA(Cache Cohenrent NUMA)处理器系统。MESIF协议主要解决ccNUMA处理器结构的Cache共享一致性问题这种结构通常使用目录表而不使用总线监听处理Cache的共享一致性。 关于MESIF 可以参阅陈怀临的 “浅谈intel qpi 的 MESIF 协议和home,soure snoop” http://www.360doc.com/content/10/1207/13/158286_75798413.shtml 3 伪共享 3.1 定义 从上一节可以知道缓存一致性协议操作的最小对象的缓存行缓存行内数据的修改、写入内存、写入其他缓存等操作都会改变其状态这样在共享缓存多核架构里数据结构如果组织不好就非常容易出现多个核线程反复修改同一条缓存行的数据导致缓存行状态频繁变化从而导致严重性能问题,这就是伪共享现象。 下图就是一个伪共享的例子core1上运行的线程想修改变量x,core2上运行的线程想修改变量y但x和y刚好在一个缓存行上。每个线程都要去竞争缓存行的所有权来更新变量。如果核心1获得了所有权缓存子系统将会使核心2中对应的缓存行失效。当核心2获得了所有权然后执行更新操作核心1就要使自己对应的缓存行失效。这会来来回回的经过L3缓存大大影响了性能。如果互相竞争的核心位于不同的插槽就要额外横跨插槽连接问题可能更加严重。 3.2 解决 与缓存行导致性能问题的严重相比对这个问题的解决方案显得非常简单这就是缓存行填充通过填充缓存行使得某个核心线程频繁操作的数据独享缓存行这样就不会出现伪共享问题了。下面是一个例子。 32位机 long long 是8字节这样一个缓存行64字节可以存8个 counter, 这样最差的情况下同时会有8个线程争夺同一个缓存行的操作权性能会非常低。解决方式非常简单如下图所示每个counter 变量增加一个填充变量 pad使得一个counter 变量刚好是一个缓存行大小这样数组counters 每个元素占用一个缓存行所有线程独占自己的缓存行避免了伪共享问题。 转载于:https://www.cnblogs.com/jiayy/p/3246133.html
