MSI：当共享状态和无效状态可以同时发生时

编程问答 2022-05-01

问题描述

所以，正如标题所说，是否有可能处理器 0 的 A 行具有共享 (S) 状态，而处理器 1 的 B 行具有无效 (I) 状态？ >

想象以下情况：

  • P0：A 行 |修改
  • P1：A 行 |无效
  • P2：A 行 |无效

如果 P2 对 A 行发出读请求，那么 P1 的最终状态是什么？共享还是保持无效？

解决方法

TL;DR

P1 的 A 行仍将处于无效状态。其他处理器的操作无法更改无效状态。
P0 和 P2 的行 A 都处于共享状态。

在 Wikipedia's page for the MSI protocol 上有算法的状态机描述。
连同英文说明，有两张图片。

给定一组处理器及其相关的缓存线，处理器可以通过在“加载/读取”和“存储/写入”之间进行一个操作而处于“主动”状态，也可以通过监听事件而处于“被动”状态公交车。

MSI（和类似）协议的输入是一个动作或一个总线事件。为简单起见，维基百科将状态机分为两种：一种是当输入是动作时，一种是当输入是总线事件时。 这样你就可以用一张图来计算主动处理器（正好是一个）的线的新状态，而另一张图来计算被动处理器的线的状态。

假设处理器 X 是活动处理器，因此进行加载或存储。

第一张图描述了处理器 X（活动处理器）的缓存行状态如何变化：

enter image description here

每个标签都具有 x/y 形式，其中 x 是输入操作（PrRd 用于加载/读取或 PrWr 表示存储/写入），y 是发出的总线事件（“-”表示总线上没有发出任何事件）。

第二张图片的用法类似，但用于被动处理器（除处理器 X 之外的任何处理器）：

enter image description here

这里的每个标签也是一个 x/y 对，但 x 是一个总线事件，而 y 是一个总线操作。

总线事件是：

  • BusRd -> 另一个处理器需要从内存（或上层缓存）读取一行。
  • BusRdX -> 另一个处理器需要从内存（或上层缓存）读取一行，但随后会立即修改它（即因为它正在执行写入）。
  • BugUpgr -> 另一个处理器刚刚写入了它的一个缓存行，该行目前仅被读取。

当然，Flush 是将一行写入内存的行为。维基百科认为它是一个总线事务（我认为它是一个总线操作，因为它不用作输入）。

我们现在可以回答您的问题了。

P2 是活动处理器，需要读取 A 行，因此它执行 PrRd。第一张图告诉我们它的线 A 将最终处于 S 状态，并且在总线上发出了一个 BusRd（注意这是一个心智模型，真实的硬件可能不会发送一个特殊的交易，而是它会检测读取本身）。

P2: LineA -> Shared

P0 和 P1 都是无源处理器，都可以看到 BusRd。
P0 的行处于 Modified 状态，第二张图告诉我们它将刷新该行（使 P2 可以使用最后一个值）并将行 A 设置为状态 Shared。
P1 的行处于 Invalid 状态，从第二张图片我们看到，对于被动处理器，无法逃脱 Invalid 状态。具体来说，BusRd 输入会将 A 行的状态再次设置为 Invalid（实际上被忽略了）。

所以在从 P2 读取之后，我们有：

P0: LineA -> Shared
P1: LineA -> Invalid
P2: LineA -> Shared
cachingcachingcpu-architecturecpu-cachemesi