Когерентность кэша


Когерентность кэша
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 (en:memory coherence).

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. Когерентность кэша предназначена для управления такими конфликтами и поддержания соответствия между разными кэшами.

Содержание

Определение

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

  1. Если процессор Р записывает значение в переменную Х, то при следующем считывании Х он должен получить ранее записанное значение, если между записью и чтением Х другой процессор не производил запись в Х. Это условие связано с сохранением порядка выполнения программы, это должно выполняться и для однопоточной архитектуры.
  2. Операция чтения Х процессором P_{1}, следующая после того, как другой процессор P_{2} осуществил запись в Х, должна вернуть записанное значение, если другие процессоры не изменяли Х между двумя операциями. Это условие определяет понятие когерентной видимости памяти.
  3. Записи в одну и ту же ячейку памяти должны быть последовательными. Другими словами, если два процессора записывают в переменную Х два значения: А, затем В — не должно случиться так, чтобы при считывании процессор сначала получал значение В, а затем А.

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 P_{1}, могут быть не видны процессору P_{2}, 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

  • 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 ее) 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

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

Примечания

  1. 1 2 [1] Multi Processors, their Memory organizations and Implementations by Intel & AMD
  2. Принципы работы кэш-памяти — Индикаторы состояния строки

См. также



Wikimedia Foundation. 2010.

Смотреть что такое "Когерентность кэша" в других словарях:

  • Когерентность памяти — (англ. memory coherence)  свойство компьютерных систем, в которых два или более процессора или ядра имеют доступ к общей области памяти. В однопроцессорных системах (более строго  в одноядерных) лишь один процессорный узел… …   Википедия

  • Кэш процессора — Кэш микропроцессора  кэш (сверхоперативная память), используемый микропроцессором компьютера для уменьшения среднего времени доступа к компьютерной памяти. Является одним из верхних уровней иерархии памяти[1] …   Википедия

  • Распределённые вычисления — Не следует путать с Добровольные вычисления. См. также: Параллельные вычисления Распределённые вычисления способ решения трудоёмких вычислительных задач с использованием нескольких компьютеров, чаще всего объединённых в параллельную… …   Википедия

  • Message Passing Interface — Сюда перенаправляется запрос «OpenMPI». На эту тему нужна отдельная статья. Message Passing Interface (MPI, интерфейс передачи сообщений) программный интерфейс (API) для передачи информации, который позволяет обмениваться сообщениями между… …   Википедия

  • Параллельные вычислительные системы — Не следует путать с Распределённые вычисления. Параллельные вычислительные системы  это физические компьютерные, а также программные системы, реализующие тем или иным способом параллельную обработку данных на многих вычислительных узлах.[1]… …   Википедия

  • Nagios — Nagios …   Википедия

  • MPICH — MPICH2 Тип Программное обеспечение для обмена сообщениями между вычислительными процессами Написана на C, C++, Fortran, FreePascal Операционная система Universal Mac OS X, Linux, Unix, Windows Языки интерфейса …   Википедия

  • Zabbix — 1.1 alpha 6 running under GNU/Linux …   Википедия

  • OpenMP — (Open Multi Processing)  открытый стандарт для распараллеливания программ на языках Си, Си++ и Фортран. Описывает совокупность директив компилятора, библиотечных процедур и переменных окружения, которые предназначены для программирования… …   Википедия

  • Intelligent Platform Management Interface — IPMI (от англ. Intelligent Platform Management Interface)  интеллектуальный интерфейс управления платформой, предназначенный для автономного мониторинга и управления функциями, встроенными непосредственно в аппаратное и микропрограммное …   Википедия


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.