图解系统|CPU缓存一致性内存-缓存一致性如何实现|多核

CPU缓存一致性

一、内存-Cache一致性的实现方式
二、缓存一致性问题
- 问题
- 解决措施
三、总线嗅探
四、MESI协议

一、内存-Cache一致性的实现方式

写直达：把数据同时写入内存和Cache中
- 如果数据已经在Cache里面，先将数据更新到 Cache里面，再写入到内存里面
- 如果数据没有在Cache里面，就直接把数据更新到内存里面。
写回：发生写操作时，新的数据仅仅被写入Cache Block（缓存块）里，只有当修改过的 Cache Block （被替换）时才需要写到内存中，减少了数据写回内存的频率，提高了系统的性能
- 如果发生写操作时，数据已经在缓存块里，则把数据更新到缓存块，同时把这个缓存块标记为脏
- 如果发生写操作时，数据所对应的缓存块中存放的是别的内存地址的数据，就得检查该缓存块是不是脏的。如果是的，就把这个缓存块的数据写回内存，然后把要写的数据写入该缓存块中，同时标记为脏；如果不是，直接把数据写入该缓存块，然后再把该缓存块标记为脏就行了。

二、缓存一致性问题问题

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解决措施

写传播：某个CPU核心里的Cache数据更新时，必须要传播到其他核心的Cache
事务串行化：某个CPU核心里对数据的操作顺序，必须在其他核心看起来的顺序是一样的

三、总线嗅探当 A 号CPU核心修改了 L1 Cache 中 i 变量的值，通过总线把这个事件?播通知给其他所有的核心，然后每个 CPU 核心都会监听总线上的?播事件，并检查是否有相同的数据在自己的 L1 Cache里面，如果 B 号 CPU 核心的 L1 Cache 中有该数据，那么也需要把该数据更新到自己的 L1 Cache。
总线嗅探?法很简单， CPU 需要每时每刻监听总线上的?切活动，但是不管别的核?的 Cache 是否缓存相同的数据，都需要发出?个?播事件，这?疑会加重总线的负载
四、MESI协议 MESI协议

Modified：已修改状态
Exclusive：独占状态
Shared：共享状态
Invalidated：已失效状态

【图解系统|CPU缓存一致性】四种状态描述

已修改状态：代表该缓存块上的数据已经被更新过，但是还有没有写到内存里。
已失效状态：代表该缓存块里的数据已经失效，不可以读取该状态的数据。
独占状态：数据只存储在?个 CPU核心的 Cache里，而其他 CPU 核心的 Cache 没有该数据。如果要向独占的 Cache 写数据，就可以直接自由地写入，而不需要通知其他 CPU 核心，因为只有你这有这个数据，就不存在缓存?致性的问题了，于是就可以随便操作该数据。
在独占状态下的数据，如果有其他核心从内存读取了相同的数据到各自的 Cache ，那么这个时候，独占状态下的数据就会变成共享状态。
共享状态：代表着相同的数据在多个 CPU 核心的 Cache里都有，所以当我们要更新 Cache里面的数据的时候，不能直接修改，而是要先向所有的其他 CPU 核心广播?个请求，要求先把其他核心的 Cache 中对应的 Cache Line 标记为无效状态，然后再更新当前Cache里面的数据。