[發明專利]基于集中式目錄的嵌入式多核緩存一致性方法

無效

• 申請號: 200910049194.3
• 申請日: 2009-04-13
• 公開（公告）號: CN101859281A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 廖鑫
• 申請（專利權）人: 廖鑫
• 主分類號: G06F12/08
• 分類號: G06F12/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于集中式目錄的嵌入式多核緩存一致性方法，其特征在于：

1)緩存塊的狀態劃分

在目錄一致性協議中，每個數據緩存控制器接收兩方面輸入：處理器發出的讀寫請求和目錄控制器發來的消息。作為這些輸入的響應，高速緩存控制器可能根據相應高速緩存塊的當前狀態及狀態轉換圖來更新該塊的狀態，并且也可能要執行一些動作。比如，作為對處理器發出的讀請求的響應，高速緩存控制器可能要產生一個發給目錄控制器的消息來獲得數據，并返回給處理器。

本發明中數據緩存塊的狀態分為三種，即無效狀態、有效狀態和修正狀態。若某個數據緩存塊處于無效狀態，則本地處理器對該塊的讀請求或寫請求都不命中。若某個數據緩存塊處于有效狀態，表明可能還有其他的處理器持有該塊的有效副本。若某個緩存塊處于修正狀態，表明該塊是對應共享緩存塊的唯一有效副本，本地處理器對該塊的讀請求或寫請求均在數據緩存命中。

2)目錄項的狀態劃分

本發明采用全映射目錄，每個共享緩存塊有三種目錄狀態，即無效狀態、有效狀態和修正狀態。若某個目錄處于無效狀態，表明共享緩存沒有該緩存塊的有效副本。若某個目錄處于有效狀態，表明一個或多個處理器的數據緩存具有該緩存塊的副本，并且共享緩存的數據也是最新的(與所有數據緩存中的副本一致)，只要處理器的數據緩存中含有該塊的副本，共享者集合中的對應位就置1。若某個目錄處于專有狀態，表明只有一個處理器的數據緩存擁有該緩存塊的副本并且對該塊執行過寫操作，因此該副本與共享緩存中的緩存塊是不一致的，由共享者集合來指示擁有該塊副本的處理器。

處理器核訪問數據緩存的緩存塊引起緩存塊和目錄項在三個狀態間的變化，觸發狀態變換的事件分為讀操作和寫操作：

1)當處理器向數據緩存發出讀數請求RDP，若命中則數據緩存把數據發回處理器并發回應RDPR和修改LRU位，否則向目錄控制器發送讀缺失請求RDMS，目錄控制器收到讀缺失請求后查找數據塊對應的目錄，根據不同狀態采取以下操作：

I.如果目錄控制器中訪問塊對應的目錄狀態為有效，目錄控制器向共享緩存發出WTS請求，收到響應后向數據緩存發RDD請求，并把請求讀的處理器加入共享者集合。

II.如果目錄控制器中訪問塊對應的目錄狀態為修正，則目錄控制器向共享者集合中的處理器發出CBS請求，目錄項轉入忙狀態，收到共享者集合中的處理器響應后，向共享緩存發出RDS請求，收到響應后把請求讀的處理器加入共享者集合，同時設置訪問塊的目錄狀態為有效。

III.如果目錄控制器中訪問塊對應的目錄狀態是無效，目錄控制器將檢查訪問塊同一組中的待替換塊的目錄狀態。

2)當處理器向數據緩存發出寫操作請求WTP時，數據緩存檢查數據所在緩存塊的狀態。若為修正則向處理器發WTPR回應，接收處理器寫過來的數據。若為有效，數據緩存向目錄控制器發WTHT消息，目錄控制器檢查該塊的共享者集合，若只有訪問者共享此塊則向其發WTM命令并把該塊的目錄狀態改為修正，若有多個處理器共享該緩存塊則向非訪問者發INV命令并把其從共享者集合中清除。若為無效，數據緩存向目錄控制器發WTMS信號，目錄控制器查找與數據塊的目錄狀態，作如下不同操作：

I.如果目錄控制器中訪問塊對應的目錄狀態是有效，目錄控制器向共享者集合中的非訪問者發INV信號并把其從共享者集合中清除，同時向共享緩存發WTS命令。當共享者集合為全0時，目錄控制器向共享緩存發WTS命令，收到回應后向數據緩存發RDM命令，同時把訪問者加入共享者集合中并把該塊的目錄狀態改為修正。

II.如果目錄控制器中訪問塊對應的目錄狀態是修正，如果是當前訪問者在訪問該塊，則目錄控制器不動作，否則目錄控制器向該緩存塊的所有者發CBI命令，向共享緩存發RDS命令，收到回應后把共享者集合清0，置該塊修改位為1并把該塊的目錄狀態改為有效。

III.如果目錄控制器中訪問塊對應的目錄狀態是無效，目錄控制器將檢查訪問塊同一組中的待替換塊的目錄狀態。若為修正狀態，目錄控制器向待替換塊所在的數據緩存發CBI請求，收到響應后向共享緩存發RDS請求并置該塊修改位為1，同時把該塊的目錄狀態改為無效。若為有效狀態，目錄控制器向待替換塊所在的處理器發INV命令，同時把該塊的目錄狀態改為無效。若為無效狀態，目錄控制器檢查修改位的狀態，如為1則向共享緩存發WTM命令，收到回應后把修改位復位，向共享緩存發RDM命令通知其從主存讀入訪問塊，把訪問塊的標識寫入替換塊，完成替換并把訪問塊的目錄狀態改為有效。