Когерентность кэша

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Несколько кэшей для разделяемого ресурса памяти

Когерентность кэша (англ. cache coherence) — свойство кэшей, означающее целостность данных, хранящихся в локальных кэшах для разделяемого ресурса. Когерентность кэшей — частный случай когерентности памяти.

Когда клиенты в системе используют кэширование общих ресурсов, например, памяти, могут возникнуть проблемы с противоречивостью данных. Это особенно справедливо в отношении процессоров в многопроцессорной системе. На рисунке «Несколько кэшей для разделяемого ресурса памяти», если клиент в верхней части имеет копию блока памяти из предыдущего чтения, а нижний клиент изменяет блок памяти, копия данных в кэше верхнего клиента становится устаревшей, если не используются какие-либо уведомления об изменении или проверки изменений. Когеренция кэшей предназначена для управления такими конфликтами путём поддержания согласованности данных в разных кэшах.

Определение[править | править код]

Некогерентные кэши: значение одной ячейки памяти различно для двух кэшей
Когерентные кэши

Когерентность определяет поведение чтений и записей в одно и то же место памяти. Кэш называется когерентным, если выполняются следующие условия:[1]

Информирование о записи
Изменение данных в любом из кэшей должно быть распространено на другие копии этих данных (этой линии кэша) в соседних кэшах.
Сериализация транзакций
Операции чтения и записи определённого участка памяти должны происходить в одинаковом порядке для всех процессоров.

В этих условиях предполагается, что операции чтения и записи происходят мгновенно. Однако этого не происходит на практике из-за задержек памяти и других особенностей архитектуры. Изменения, сделанные процессором , могут быть не видны процессору , если чтение произошло через очень маленький промежуток времени после записи. Модель консистентности памяти определяет, когда записанное значение будет видно при чтении из другого потока.

Механизмы когерентности кэшей[править | править код]

  • Когерентность с использованием справочника (directory). Информация о состоянии блока физической памяти содержится только в одном месте, называемом справочником (физически справочник может быть распределен по узлам системы).
  • Когерентность с использованием отслеживания (snooping). Каждый кэш, который содержит копию данных некоторого блока физической памяти, имеет также соответствующую копию служебной информации о его состоянии. Централизованная система записей отсутствует. Обычно кэши расположены на общей (разделяемой) шине и контроллеры всех кэшей наблюдают за шиной (просматривают её) для определения того, не содержат ли они копию соответствующего блока.
  • Перехват (snarfing). Когда из какого-либо одного кэша данные переписываются в оперативную память, контроллеры остальных получают сигнал об этом изменении ("перехватывают" информацию об изменении данных) и, если необходимо, изменяют соответствующие данные в своих кэшах.

Системы распределенной разделяемой памяти en:Distributed shared memory используют похожие механизмы для поддержания корректности между блоками памяти в слабосвязанных системах.

Протоколы поддержки когерентности[править | править код]

Протоколы поддержки когерентности отвечают за поддержание корректности данных между всеми кэшами в системе с en:distributed shared memory. Протокол поддерживает когерентность памяти согласно выбранной модели (en:consistency model). Большинство аппаратных протоколов в микропроцессорах соответствуют модели en:sequential consistency, а программные протоколы в системах software distributed shared memory чаще соответствуют моделям en:release consistency или en:weak consistency.

Модели и протоколы поддержки когерентности кэшей:

Литература[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Yan, Solihin. Fundamentals of parallel multicore architecture.
  2. ↑ 1 2 [1] Архивная копия от 3 июля 2010 на Wayback Machine Multi Processors, their Memory organizations and Implementations by Intel & AMD
  3. ↑ Принципы работы кэш-памяти — Индикаторы состояния строки
  4. ↑ Compute Express Link
  5. ↑ https://www.electronicdesign.com/industrial-automation/ccix-cache-coherent-interconnect-accelerators
  6. ↑ https://community.arm.com/developer/ip-products/processors/b/processors-ip-blog/posts/how-do-amba-ccix-and-genz-address-the-needs-of-the-data-center
  7. ↑ https://github.com/westerndigitalcorporation/omnixtend
  8. ↑ https://electroiq.com/2019/02/ultrasoc-announces-support-for-western-digital-risc-v-swerv-core-and-omnixtend-cache-coherent-interconnect/
  9. ↑ https://www.opennet.ru/opennews/art.shtml?num=50302
  10. ↑ https://www.anandtech.com/show/13678/western-digital-reveals-swerv-risc-v-core-and-omnixtend-coherency-tech

См. также[править | править код]

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Когерентность_кэша&oldid=101422304