[發明專利]支持擲出的一致性管理的處理器、數據處理系統和方法

有效

• 申請號: 200710153732.4
• 申請日: 2007-09-14
• 公開（公告）號: CN101149706A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 小詹姆斯·S·菲爾茲;蓋伊·L·格思里;威廉·J·斯塔克;德里克·E·威廉斯
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 周少杰;黃小臨

技術領域

本發明一般涉及數據處理系統，并且特別涉及數據處理系統中的一致性(coherency)管理。更特別地，本發明涉及支持數據處理系統的高速緩存層次中各擲出(castout)的改進的一致性管理的處理器、數據處理系統和方法。

背景技術

傳統的對稱多處理器(SMP)計算機系統，如服務器計算機系統，包括全部耦合到系統互連的多個處理單元，該系統互連典型地包括一個或更多地址、數據和控制總線。耦合到系統互連的是系統存儲器，其表示多處理器計算機系統中最低級別的易失存儲器，并且對由所有處理單元的讀和寫訪問，該系統存儲器通常是可訪問的。為了減小對駐留在系統存儲器中的指令和數據的訪問延遲(latency)，每個處理單元典型地還由各自的多級別高速緩存層次支持，該多級別高速緩存層次的較低級別可以由一個或更多處理器核心共享。

通常利用高速緩存存儲器暫時緩沖可能被處理器訪問的各存儲器塊，以便通過減小訪問延遲加速處理，該延遲由不得不從系統存儲器裝載需要的數據和指令引入。在一些多處理器(MP)系統中，高速緩存層次包括至少兩個級別。級別一(L1)或較高級別高速緩存通常是與特定處理器核心相關聯的私有高速緩存，并且不能由MP系統中的其它核心直接訪問。典型地，響應于存儲器訪問指令如裝載或存儲指令，處理器核心首先訪問較高級別高速緩存。如果在較高級別高速緩存中未找到被請求的存儲器塊，或者在較高級別高速緩存中不能為存儲器訪問請求提供服務(例如，L1高速緩存是通過式存儲(store-through)高速緩存)，那么處理器核心訪問較低級別高速緩存(例如，級別二(L2)或級別三(L3)高速緩存)以服務于對請求的存儲器塊的存儲器訪問。最低級別的緩存(例如L2或L3)通常在多個處理器核心之間共享。

通過一致性協議的實施，存儲器內容的一致視圖保持在潛在的遍及計算機系統分布的各個存儲器塊的多個拷貝面前。一致性協議，例如公知的修改的、獨占的、共享的、無效的(MESI)協議或其變體，需要保持與存儲器塊的每個高速緩存的拷貝相關聯的狀態信息，并且在處理單元之間通信至少一些存儲器訪問請求，以使存儲器訪問請求對其它處理單元可見。

為了在多個處理單元和執行的線程之間同步對存儲器的特定顆粒(例如，高速緩存線)的訪問，經常使用保留裝載(load-reserve)和條件存儲(store-conditional)指令對。例如，已經在具有分別與LWARX/LDARX和STWCX/STDCX記憶系統(mnemonics)(以下稱為LARX和STCX)相關聯的操作代碼(opcodes)的PowerPC指令集架構中實現了保留裝載和條件存儲指令。由處理器執行LARX指令將指定的高速緩存線裝載到處理器的高速緩存存儲器中，并且設置保留標志和地址寄存器，意味著處理器對通過執行隨后的STCX指令自動更新高速緩存線感興趣，該STCX指令將保留的高速緩存線作為目標。然后高速緩存為表示另一個處理器已經修改了高速緩存線的各操作，監視存儲子系統，并且如果檢測到一個，那么將保留標志復位以表示取消保留。當處理器執行以通過執行LARX指令保留的高速緩存線為目標的隨后的STCX指令時，如果用于高速緩存線的保留仍然待處理(pending)，則高速緩存存儲器只執行由STCX請求的高速緩存線更新。因此，對共享存儲器的更新可以被同步，而不使用嚴格堅持原子性(atomicity)的原子型更新原語(atomic?update?primitive)。

保留標志的狀態和保留的高速緩存線的緩存是獨立的，意味著如果例如通過擲出操作從保留處理器的高速緩存移除相關聯的高速緩存線，那么保留標志不被自動復位。如果保留的從高速緩存存儲器擲出的高速緩存線隨后由不同于保留處理器的處理器修改，那么如果保留的高速緩存線處于不同于修改的狀態，則將通過傳統的一致性通信自動取消保留。然而，因為可以“安靜地”(即，沒有高速緩存之間的一致性通信)更新修改的高速緩存線，所以為了確保應該失敗的STCX不成功，必須為這樣的高速緩存線做好特殊的準備(provision)。