制作人员许婷朱晓华白婧课件.ppt
《制作人员许婷朱晓华白婧课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《制作人员许婷朱晓华白婧课件.ppt(35页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、制作人员:许婷 朱晓华 白婧,处理机的Cache一致性,Cache作为提高系统性能的一种常用手段在计算机系统中得到普遍的使用。但是,在多处理机中,不仅Cache同共享存储器中同一数据拷贝可能不一致,而且由于多个处理机异步地相互独立操作,也使多个Cache中同一份存储块的拷贝可能不一致,这就是Cache一致性问题。,问题提出,一、Cache一致性问题的原因,共享可写的数据 进程迁移 I/O传输,要解决多处理机的Cache一致性问题,首先要研究一致性问题的由来。出现不一致的原因有3个:,1.共享可写数据引起的不一致性,以拥有两个处理机的系统为例,处理机带有各自的私有Cache,并共享一个主存储器。
2、,P1,X,P2,X,X,P1,X,P2,X,X,P1和P2的本地高速缓存存储器C1和C2中分别有共享主存的某个数据X的拷贝。,P1改写C1中的X,使之变为X。,X,若P1采用“写通过”策略,即处理机改写Cache中的数据时同时修改内存中相应的数据,那么,内存中的X也同时变为X,但是,处理机P2的本地高速缓冲存储器C2中的X仍然是X。,X,当P2要读X时,它是从C2中去读取,这就导致了P2从C2中读取的X同内存中的X不一致。,P1,X,P2,X,X,X,若P1采用“写回”策略,即处理改写Cache中的数据时并不同时修改内存中相应的数据,而是在包含该数据的数据块调出Cache时才写回内存,那么,
3、内存中的X还是X,导致C1中的X同内存中的X的不一致,2.进程迁移引起的不一致性,情况一:,P1,X,P2,X,若P1的进程对X进行了修改,使之变为X,X,采用“写回”策略,暂时没有对内存中的X进行修改。,由于某种原因,该进程迁移到了P2上运行,P2上的该进程运行时将从内存中读取X并将X调入C2,那么,这个迁移了的进程此时读取的是X,而不是它先前修改过的X。,X,P1的C1中有共享数据X的拷贝,而P2的C2中没有该共享数据,情况二:,以上两种情况都是由于进程迁移引起的数据不一致。,P1,X,P2,X,X,P1的C1和P2的C2中都有共享数据X的拷贝,X,P2的进程修改了C2中的X,改变为X,并
4、采用“写通过”策略,使内存中的X也修改为X,X,由于某种原因该进程迁移到P1上,此时P1的C1中仍然是X,而不是它先修改过的X。,3. I/O传输引起的不一致性,若P1的C1和P2的C2中都有共享数据X的拷贝,P1,P2,X,X,X,I/O,存储器,X,I/O处理机将一个新的数据X写入内存代替X,X,内存和Cache之间的数据不一致性。,P1,X,P2,X,X,I/O,存储器,处理机P1运行过程中修改了X的值,使之变为X,X,P1采用“写回”策略,那么,C1中的X同内存中的X是不一致的,若I/O处理机要求输出X,那么,内存就会将内存中的X的值传送给I/O处理机,X,传送给I/O处理机的将不是修
5、改后的X,若C1和C2中都有X的拷贝,I/O传输引起数据不一致是因为处理机P1和P2共享I/O处理机,I/O传输发生在I/O处理机和内存之间。,把I/O处理机(IOP1和IOP2)分别连接到私有高速缓存C1和C2上,使处理机和I/O处理机共享高速缓存。这样,只要能保证各Cache之间以及Cache和内存之间的数据一致性,就能够保证I/O操作不会引起不一致。,一种解决I/O操作引起不一致的方法:,为了解决多处理机Cache一致性问题,提出了两类解决Cache一致性问题的协议机制:监听协议和基于目录的协议。,监听协议 基于目录的协议。,概述 采用写通过策略的Cache状态 采用写回策略的Cache
6、状态 写一次协议,二、 监听协议,概述,监听协议通过总线监听机制实现高速缓存和共享存储器之间的数据一致性,监听协议的两种策略 写无效(Write-Invalidate)策略 写无效策略是在本地Cache的数据块修改时,使所有相应的远程数据块拷贝都无效 写更新(Write-Update)策略 写更新策略是在本地Cache的数据块修改时,通过总线把改写的数据块广播到含有该数据块拷贝的所有其他Cache,例子,Write-Update,监听协议分别采用写无效策略和写更新策略的区别,P1,P2,X,X,X,更新之前,X,X,P1将它的高速缓存C1中的X修改成X,Write-Invalidate,Cac
7、he的写通过策略同时将内存中的X也修改成X,I,写无效策略则将远程高速缓存C2中的X变成无效(无效数据块用I表示),写更新策略将包含X1的新数据块通过总线广播到所有的高速缓存,更新其中的X为X1,X,数据块的两种状态:,采用写通过策略的Cache状态,有效 表示该数据块内容正确 无效 表示该数据块内容已“过时”或不在本地Cache中,处理机P1对本地高速缓存C1中数据块的读操作R1和写操作W1,以及其他处理机Pr对它的高速缓存Cr中同一数据块拷贝的读操作Rr和写操作Wr都可能引起高速缓存C1中该数据块的状态变化.,状态转移图,对有效块的所有读操作R1,Rr之后,数据块仍然是有效块 P1对C1中
8、的有效块X写操作W1,使C1中的X变为X1 若P1对本地高速缓存C1中无效数据块读操作R1和写操作W1时,则将该数据块由无效转变为有效。但是,其他处理机Pr对自己的高速缓存Cr中数据块读操作Rr和写操作Wr时,C1中的无效数据块拷贝仍无效,R1,W1,Rr,Rr,Wr,R1 W1,Wr,写通过策略的Cache状态图,有效,无效,说明:,采用写回策略的Cache状态,Cache采用写回策略 Cache中的数据块被修改时不同时修改内存中相应的数据块拷贝,当Cache中的数据块被替换时,才将该数据块写回内存。 Cache中数据块的两种有效状态: 读/写状态 该数据块至少被修改过一次,尚未写回,内存中
9、的相应数据块还没有被修改,在整个系统中只有一个数据块拷贝是正确的 只读状态整个系统中不止一个数据块拷贝是正确的,采用写回策略的Cache状态图,R1,W1,Rr,R1,W1,Wr,W1,Wr,Wr,Rr,R1,Rr,采用写回策略的Cache状态图,读-写,无效,只读,P1对C1中的X读操作R1,C1仍为读-写状态 P1对C1中的X写操作W1,使X修改为X,但此时X未写回内存, C1的数据块X状态仍为读/写状态 其他处理机Pr对自己 的高速缓存Cr中的数据块拷贝X读操作Rr , C1数据块状态改为只读状态 Pr对Cr中的X写操作Wr,使Cr中的X修改为X1,且未写回内存, C1中的数据块X状态改
10、为无效,P1的本地高速缓存C1中的数据块X为读-写状态,C1中的数据块X为只读状态,P1对C1中的X读操作R1,不会改变其状态,仍为只读状态 Pr对Cr中的X读操作Rr,不会改变C1中的X的只读状态 P1对C1中的X写操作W1,使X修改为X1,且未写回内存,系统中只有一个正确拷贝,即C1中刚修改的X1 ,C1中的数据块X1状态改为读-写状态 Pr对Cr中的X写操作Wr,使Cr中的X修改为X1,故而C1中的数据块拷贝X过时了,所以,C1中的数据块X状态改为无效,C1中的数据块X为无效状态,P1对C1中的X读操作R1 , C1中的数据块状态改为只读状态 P1对C1中的X写操作W1 ,使C1中的X修
11、改为X1,但此时X1未写回内存,C1中的相应的数据块状态仍为无效 Pr对Cr中的数据块读操作Rr和写操作Wr,C1中的相应的数据块状态仍为无效,采用写回策略的监听协议保持Cache一致性的方法,当内存拥有一个数据块时,每个高速缓存只有该数据块的只读状态的拷贝,有拷贝的本地处理机P1和远程处理机Pr都可以安全地读这份拷贝,本地的写操作W1使其拷贝变为读/写状态,远程的写操作Wr使本地高速缓存的拷贝变为无效状态 如果某个Cache中的某个数据块处于有效状态(读-写或只读),则远程写操作Wr,使该Cache中的这个数据块变为无效 系统中可能拥有一份处于读/写状态的数据块拷贝。对于处于读-写状态的数据
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 制作 人员 许婷朱晓华白婧 课件
链接地址:https://www.31doc.com/p-2788920.html