为了解决内存的可见性问题,cpu主要提供了两种解决方案:总线锁和缓存锁

1、总线锁和缓存锁

总线锁
CPU与外部所有部件的通信都需要通过总线进行操作,当cpu核去访问主存数据时,向总线上发送一个LOCK#信号锁定总线,当一个处理器往总线上输出LOCK#信号时,其它处理器的请求将被阻塞,此时该处理器此时独占共享内存。

锁总线,其它CPU对内存的读写请求都会被阻塞,直到锁释放,因为锁总线的开销比较大,后来的处理器都采用锁缓存替代锁总线,在无法使用缓存锁的时候会降级使用总线锁


缓存锁

相比总线锁,缓存锁降低了锁粒度,为了达到数据访问一致性,需要CPU在访问高速缓存时遵循一些协议,在存取数据时根据协议来操作,常见的协议有MSI,MESI,MOSI等,最常见的就是MESI协议。

要解决缓存一致性问题,首先要解决的是多个CPU核心之间的数据传播问题,常见的解决方案是总线嗅探(Bus Snooping)。

总线嗅探机制:把所有读写请求都通过总线广播给所有的CPU核心,各个CPU核心去嗅探这些请求,再根据本地的情况进行响应。

基于总线嗅探机制,可以分成很多种不同的缓存一致性协议,最常用的就是MESI协议

2、MESI协议

缓存行是高速缓存操作的基本单位,在Intel的CPU上一般是64个字节

在MESI协议中每个**缓存行**有四种状态:

状态 说明
M:被修改的(Modified) 该缓存行有效,数据只在本cpu有缓存,且数据和主存不一致,数据被修改过
E:独享的(Exclusive) 该缓存行有效,数据只在本cpu有缓存,且数据和主存一致
S:共享的(Shared) 该缓存行有效,数据在多个cpu中有缓存,且数据和主存一致
I:无效的(Invalid) 该缓存行无效,可能有其他cpu更改了该缓存行
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MESI协议中把所有读写请求都通过总线广播给所有的CPU核心,各个CPU核心去嗅探这些请求,再根据本地的情况进行响应,缓存行状态会相应的改变。

Local Read表示本内核读本Cache中的值,Local Write表示本内核写本Cache中的值,Remote Read表示其它内核读其它Cache中的值,Remote Write表示其它内核写其它Cache中的值

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