文档介绍：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)
I/O操作
Cache中的内容可能与由I/O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
多处理机Cache一致性
对称式共享存储器体系结构
(2) 存储器的一致性(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
①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
对称式共享存储器体系结构
②一个处理器对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。
③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。
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。
实现一致性的基本方案
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。
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。
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,监听总线中写更新协议的实现。
处理器行为
总线行为
CPUA Cache内容
CPUB Cache内容
主存X单元内容
0
CPU A 读X
Cach失效
0
0
CPU B 读X
Cach失效
0
0
0
CPUA将X单元写1
广播写X单元
1
1
1
CPU B 读X
1
1
1
(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。
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
对称式共享存储器体系结构