淺析Cache多核之間的一致性MESI協(xié)議

思考:
1、為什么要學習 MESI 協(xié)議？哪里用到了？你確定真的用到了？
2、MESI 只是一個協(xié)議，總得依賴一個硬件去執(zhí)行該協(xié)議吧，那么是誰來維護或執(zhí)行的呢？
3、你不理解的真的是 MESI 嗎，真的需要學習 MESI 嗎？應該是 cache 架構吧
4、core0 和 core1 之間的一致性是 MESI？那 cluster0 和 cluster1 之間的呢？sytem1 和 sytem2 之間的呢？
5、MESI 協(xié)議中的 M、E、S、I 的比特位，都是存在哪里的？

1、系統(tǒng)中有哪些一致性需要維護

進入正文，我們來看現代 ARM 架構體系（DynamIQ 架構）中的 cache 層級關系圖。注意 L1/L2 都在 core 中，L3 在 cluster 中。

所以從以下圖中就能夠直觀的看到答案了：

• （1）core0、core1… 之間的一致性 需要維護
• （2）cluster0 和 cluster1 之間的 L3 Cache 一致性 需要維護
• （3）system 之間的一致性需要維護

其中，core0、core1 之間的一致性是遵從 MESI 協(xié)議，而 cluster0/cluster1 之間的一致性、多個 system 之間的一致性并沒有遵從 MESI 協(xié)議。
所以本文重點介紹的，也就是 core0、core1 之間的一致性，即 MESI 協(xié)議。

2、core 硬件對 MESI 協(xié)議的支持

接下來，進入下一個問題, MESI 協(xié)議中的 M、E、S、I 的比特位都是存在哪里的？這個問題并不難，告別懶惰，多翻一翻 ARM TRM 手冊就能找到答案，如下是armv9 -- cortex-A710 TRM手冊中的，cache 的 TAG 里都有什么？

答案顯然易見，在 Cache 的 TAG 中，有兩個比特位表示了 MESI 的狀態(tài)

3、MESI 協(xié)議的原理

接下來進入本文的核心，MESI 協(xié)議到底是什么？怎樣維護一致性的？

(看以下圖表，我就不說話了)

Events

• RH = Read Hit
• RMS = Read miss, shared
• RME = Read miss, exclusive
• WH = Write hit
• WM = Write miss
• SHR = Snoop hit on read
• SHI = Snoop hit on invalidate
• LRU = LRU replacement

Bus Transactions

• Push = Write cache line back to memory
• Invalidate = Broadcast invalidate
• Read = Read cache line from memory