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- Cache的写策略
- 1Write through写通
- 2 Write back写回
- Cache一致性
- 1一致性问题的产生-信息不对称导致的问题
- 2Cache一致性的底层操作
- 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：
状态 | 描述 |
M（Modified） | 这行数据有效，数据被修改了，和内存中的数据不一致，数据只存在于本cache中 |
E（Exclusive） | 这行数据有效，数据和内存中的数据一致，数据只存在于本cache中。 |
S（Shared） | 这行数据有效，数据和内存中的数据一致，数据存在于很多cache中 |
I（Invalid） | 这行数据无效 |
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：
当前状态 | 事件 | 行为 | 下一个状态 |
I（Invalid） | Local Read | 如果其他Cache没有这份数据，本Cache从该内存中取数据，Cache line状态变成E； 如果其他Cache有这份数据，且状态为M，则将数据更新到内存，本Cache再从内存中取数据，两个Cache的Cache line状态都变成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状态都变成S。 | E/S |
Local Write | 从内存中取数据，在Cache中修改，状态变成M；如果其他Cache有这份数据，切状态为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状态变成1 | M | |
Remote Read | 既然是invalid，别的核的操作与它无关 | I | |
Remote Write | 既然是invalid，别的核的操作与它无关 | I | |
E（Exclusive） | Local Read | 从Cache中取数据，状态不变 | E |
Local Write | 修改Cache的数据，状态为M | M | |
Remote Read | 数据和其他核共用，状态变成了S | S | |
Remote Write | 数据被修改，本Cache line不能再使用，状态变成I | I | |
S（Shared） | Local Read | 从Cache中取数据，状态不变 | S |
Local Write | 修改Cache中的数据，状态变成M，其他核共享的Cache line状态变成I | M | |
Remote Read | 状态不变 | S | |
Remote Write | 数据被修改，本Cache line不能再使用，状态变成I | I | |
M（Modified） | Local Read | 从Cache中取数据，状态不变 | M |
Local Write | 修改Cache中的数据，状态不变 | M | |
Remote Read | 这行数据被写到内存中，使其他核能使用到最新的数据，状态变成S | S | |
Remote Write | 这行数据被写到内存中，使其他核能使用到最新的数据，由于其它核会修改这行数据，状态变成I | I |
参考资料：
1.《大话处理器》
转载于:
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：
状态 | 描述 |
M（Modified） | 这行数据有效，数据被修改了，和内存中的数据不一致，数据只存在于本cache中 |
E（Exclusive） | 这行数据有效，数据和内存中的数据一致，数据只存在于本cache中。 |
S（Shared） | 这行数据有效，数据和内存中的数据一致，数据存在于很多cache中 |
I（Invalid） | 这行数据无效 |
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：
当前状态 | 事件 | 行为 | 下一个状态 |
I（Invalid） | Local Read | 如果其他Cache没有这份数据，本Cache从该内存中取数据，Cache line状态变成E； 如果其他Cache有这份数据，且状态为M，则将数据更新到内存，本Cache再从内存中取数据，两个Cache的Cache line状态都变成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状态都变成S。 | E/S |
Local Write | 从内存中取数据，在Cache中修改，状态变成M；如果其他Cache有这份数据，切状态为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状态变成1 | M | |
Remote Read | 既然是invalid，别的核的操作与它无关 | I | |
Remote Write | 既然是invalid，别的核的操作与它无关 | I | |
E（Exclusive） | Local Read | 从Cache中取数据，状态不变 | E |
Local Write | 修改Cache的数据，状态为M | M | |
Remote Read | 数据和其他核共用，状态变成了S | S | |
Remote Write | 数据被修改，本Cache line不能再使用，状态变成I | I | |
S（Shared） | Local Read | 从Cache中取数据，状态不变 | S |
Local Write | 修改Cache中的数据，状态变成M，其他核共享的Cache line状态变成I | M | |
Remote Read | 状态不变 | S | |
Remote Write | 数据被修改，本Cache line不能再使用，状态变成I | I | |
M（Modified） | Local Read | 从Cache中取数据，状态不变 | M |
Local Write | 修改Cache中的数据，状态不变 | M | |
Remote Read | 这行数据被写到内存中，使其他核能使用到最新的数据，状态变成S | S | |
Remote Write | 这行数据被写到内存中，使其他核能使用到最新的数据，由于其它核会修改这行数据，状态变成I | I |
参考资料：
1.《大话处理器》
