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1、7.2 对称式共享存储器体系结构,多个处理器共享一个存储器。当处理器规模较小时，这种机器十分经济。支持对共享数据和私有数据的Cache缓存 私有数据供一个单独的处理器使用，而共 享数据供多个处理器使用。共享数据进入Cache产生了一个新的问题 Cache的一致性问题,第七章 多处理机,(1)不一致产生的原因（Cache一致性问题）,IO操作 Cache中的内容可能与由IO子系统输入输 出形成的存储器对应部分的内容不同。共享数据 不同处理器的Cache都保存有对应存储器单元 的内容。,例两个处理器的读写,7.2.1 多处理机Cache一致性,7.2 对称式共享存储器体系结构,(2)存储器的一致性
2、（非正式定义）如果对某个数据项的任何读操作均可得到其最 新写入的值，则认为这个存储系统是一致的。,What:返回给读操作的是什么值 When:什么时候才能将已写入的值返回给读操作,需要满足以下满足条件 处理器P对X进行一次写之后又对X进行读，读和写之间没有其它处理器对X进行写，则 读的返回值总是写进的值。,存储系统行为的两个不同方面,7.2 对称式共享存储器体系结构,一个处理器对X进行写之后，另一处理器对X进行 读，读和写之间无其它写，则读X的返回值应为写 进的值。对同一单元的写是顺序化的，即任意两个处理器 对同一单元的两次写，从所有处理器看来顺序都应 是相同的。假设 直到所有的处理器均看到了
3、写的结果，一次写操 作才算完成；允许处理器无序读，但必须以程序规定 的顺序进行写。,7.2 对称式共享存储器体系结构,在一致的多处理机中，Cache提供两种功能：,共享数据的迁移 降低了对远程共享数据的访问延迟。共享数据的复制 不仅降低了访存的延迟，也减少了访问共 享数据所产生的冲突。,小规模多处理机不是采用软件而是采用硬件技术实现Cache一致性。,7.2.2 实现一致性的基本方案,7.2 对称式共享存储器体系结构,(1)Cache一致性协议 对多个处理器维护一致性的协议。(2)关键：跟踪记录共享数据块的状态(3)共享数据状态跟踪记录技术,目录 物理存储器中共享数据块的状态及相关信息 均被保
4、存在一个称为目录的地方。监听（snooping）每个Cache除了包含物理存储器中块的数据拷 贝之外，也保存着各个块的共享状态信息。,7.2 对称式共享存储器体系结构,Cache通常连在共享存储器的总线上，各个Cache控制器通过监听总线来判断它们是否有总线上请求的数据块。,两种更新协议(1)写作废协议 在一个处理器写某个数据项之前保证它对该 数据项有唯一的访问权。例：在写回Cache的条件下，监听总线中写作废协议的实现。,7.2 对称式共享存储器体系结构,(2)写更新协议 当一个处理器写某数据项时，通过广播使其它 Cache中所有对应的该数据项拷贝进行更新。例 在写回Cache的条件下，监听
5、总线中写更新协议的实现。,(3)写更新和写作废协议性能上的差别主要来自：,对同一数据的多个写而中间无读操作的情况，写更新协议需进行多次写广播操作，而在写 作废协议下只需一次作废操作。对同一块中多个字进行写，写更新协议对每 个字的写均要进行一次广播，而在写作废协 议下仅在对本块第一次写时进行作废操作。从一个处理器写到另一个处理器读之间的延 迟通常在写更新模式中较低。而在写作废协 议中，需要读一个新的拷贝。,7.2 对称式共享存储器体系结构,大多数多处理机系统都采用写作废协议,7.2 对称式共享存储器体系结构,7.2.3 监听协议及其实现,基本实现技术,小规模多处理机中实现写作废协议的关键 利用总
6、线进行作废操作：把要作废的地址放到总线上（一个放，多个读）写顺序化：由总线实现写直达Cache：因为所有写的数据同时被写回主存，则从主存中总可以取到最新的数据值。对于写回Cache，得到数据的最新值会困难一些，因为最新值可能在某个Cache中，也可能在主存中。,7.2 对称式共享存储器体系结构,增加Cache中块的标志位 状态：无效（invalid）无副本 共享（shared）至少一个副本，clean 独占（exclusive）唯一副本，dirty Cache块的拥有者：拥有唯一的Cache块副本 的处理器。因为每次总线任务均要检查Cache的地址位，这 可能与CPU对Cache的访问冲突。可通过下列两种 技术之一降低冲突：复制标志位 采用多级包容Cache（许多系统采用）,7.2 对称式共享存储器体系结构,监听协议举例,为简单起见，对于对共享块的 Write hit 和 Write miss 不加区分，都按 Write miss 处理,写作废，写回法,7.2 对称式共享存储器体系结构,
