Мультипроцессорная когерентность кэш-памяти

Мультипроцессорная система с разделяемой памятью состоит из двух или более независимых процессоров, каждый из которых выполняет либо часть большой программы, либо независимую программу. Все процессоры обращаются к командам и данным, хранящимся в общей основной памяти. Поскольку память является обобществленным ресурсом, при обращении к ней между процессорами возникает соперничество, в результате чего средняя задержка на доступ к памяти увеличивается. Для сокращения такой задержки каждому процессору придается локальная кэш-память. В свою очередь, оснащение каждого процессора локаль-ной кэш-памятью приводит к проблеме когерентности (обеспечения согласован-ности кэш-памяти). Система является когерентной, если каждая операция чтения по какому-либо адресу, выполненная любым из процессоров, возвращает значе-ние, занесенное в ходе последней операции записи по этому адресу, вне зави-симости от того, какой из процессоров производил запись последним.

В простейшей форме проблему когерентности кэш-памяти можно пояснить следующим образом (рис. 2.6). Пусть два процессора P₁и P₂связаны с общей памятью посредством шины. Сначала оба процессора читают переменную x. Копии блоков, содержащих эту переменную, пересылаются из основной памяти в локальные кэши обоих процессоров (рис. 2.6, а). Далее процессор P₁выполняет операцию увеличения значения переменной x на единицу. Так как копия пере-менной уже находится в кэш-памяти данного процессора, произойдет кэш-попадание и значение x будет изменено только в кэш-памяти 1. Если теперь процессор P₂ вновь выполнит операцию чтения x, то также произойдет кэш-попадание и P₂получит хранящееся в его кэш-памяти «старое» значение x (рис. 2.6, б).

Рис. 2.6. Иллюстрация проблемы когерентности памяти: а – содержимое памяти до изменения значения x; б – после изменения.

Поддержание согласованности требует, чтобы при изменении элемента данных одним из процессоров соответствующие изменения были проведены в кэш-памяти остальных процессоров, где есть копия измененного элемента дан-ных, а также в общей памяти. Аналогичная проблема возникает и в однопроцес-сорных системах, где присутствует несколько уровней кэш-памяти. Здесь требу-ется согласовать содержимое кэшей разных уровней.

В решении проблемы когерентности выделяются два подхода: программ-ный и аппаратный.

Дата добавления: 2014-01-20