Кохерентност на кеша

Определение

Кохерентността определя поведението на четенето и записването на едно и също място в паметта. Кешовете са кохерентни, ако са изпълнени всички изброени по-долу условия:

1. Когато процесор P чете местоположение X, след като е записал в това местоположение, P трябва да получи стойността, която е записал, ако никой друг процесор не е записал друга стойност в това местоположение. Това е вярно и за монопроцесорните системи, то означава, че паметта е в състояние да запази записаната стойност.
2. Да предположим, че има два процесора, P₁ и P₂, и P₁ е записал стойност X₁, а след това P е ₂записал стойност X₂, ако P ₁прочете стойността, той трябва да получи стойността, записана от P₂, X₂, а не стойността, която той е записал, X₁, ако няма други записи между двамата. Това означава, че изгледът на паметта е кохерентен. Ако процесорите могат да прочетат същата стара стойност след записа, извършен от P₂, паметта няма да е кохерентна.
3. В даден момент може да има само един запис на определено място в паметта. Ако има няколко записа, те трябва да се извършват един след друг. С други думи, ако местоположението X получи две различни стойности A и B в този ред, от които и да е два процесора, процесорите никога не могат да прочетат местоположението X като B и след това да го прочетат като A. Местоположението X трябва да бъде видяно със стойности A и B в този ред.

Тези условия са дефинирани, като се предполага, че операциите за четене и запис се извършват незабавно. Това обаче не се случва в компютърния хардуер поради закъснението на паметта и други аспекти на архитектурата. Запис от процесор X може да не бъде видян от четене от процесор Y, ако четенето се извършва в рамките на много малко време след извършването на записа. Моделът за съгласуваност на паметта определя кога записаната стойност трябва да бъде видяна от следващата инструкция за четене, направена от други процесори.

Механизми за кохерентност на кеша

• Базираните на директория механизми за съгласуваност поддържат централна директория на кешираните блокове.

• Проследяването е процес, при който всеки кеш следи адресните линии за достъп до места в паметта, които са в неговия кеш. Когато се наблюдава операция за запис към място, на което кешът има копие, контролерът на кеша обезсилва собственото си копие на следеното място в паметта.

• При Snarfing контролерът на кеш паметта наблюдава както адреса, така и данните, като се опитва да актуализира собственото си копие на местоположението в паметта, когато втори главен контролер модифицира местоположението в основната памет.

Разпределените системи със споделена памет имитират тези механизми, за да могат да поддържат съгласуваност между блоковете памет в слабо свързани системи.

Двата най-разпространени типа съгласуваност, които обикновено се изучават, са Snooping и Directory-based. Всеки от тях има своите предимства и недостатъци. Протоколите Snooping обикновено са по-бързи, ако има достатъчно широка честотна лента, тъй като всички транзакции са заявка/отговор, които се виждат от всички процесори. Недостатъкът е, че не може да се мащабира. Всяка заявка трябва да бъде излъчена до всички възли в системата. С увеличаването на системата размерът на (логическата или физическата) шина и предоставяната от нея широчина на честотната лента трябва да нарастват. От друга страна, директориите обикновено имат по-дълги закъснения (при заявка/предаване/отговор с 3 скока), но използват много по-малко честотна лента, тъй като съобщенията са от точка до точка, а не се излъчват. Поради тази причина много от по-големите системи (>64 процесора) използват този тип кохерентност на кеша.