[發明專利]一種CC-NUMA系統中結點控制芯片目錄Cache的方法

有效

• 申請號: 201210149227.3
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102708190A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 李拓;李仁剛;王恩東;胡雷鈞;秦濟龍
• 申請（專利權）人: 浪潮電子信息產業股份有限公司
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30;G06F12/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及計算機技術領域,?具體地說是一種CC-NUMA（Cache?Coherent?Non-Uniform?Memory?Access）系統中結點控制芯片目錄Cache的方法。?

背景技術

隨著對高性能計算的應用越來越廣泛和深入，高性能計算機的架構和實現面臨著越來越高的要求，CC-NUMA結構是其中一種重要的體系結構。構造大規模CC-NUMA系統受到諸多因素制約，其中Cache一致性協議是制約系統可擴展性的關鍵因素。為了解決這個問題，除了設計有效的協議之外，研究系統中可擴展的目錄結構和高效的目錄存儲訪問機制，能保證基于目錄的Cache一致性協議的高效實現。?

目錄結構是影響CC-NUMA系統可擴展性的另一個重要因素。比如一些系統采用全映射的目錄結構，這樣的系統即便使用的是可擴展的一致性協議，但在目錄結構的實現上卻是不可擴展的。?

發明內容

本發明的目的是提供一種CC-NUMA系統中結點控制芯片目錄Cache的方法。?

本發明的目的是按以下方式實現的，在CC-NUMA系統中的結點控制芯片中引入Cache模塊來實現和優化Cache一致性協議，不僅降低了存儲器的訪問壓力，而且提高了結點控制器的處理效率，降低Cache一致性協議處理的開銷，具體內容如下：?

設計一個目錄Cache模塊，完成并優化對存儲器的訪問控制：在計算機體系結構的研究與設計中，經常會考慮到應用程序訪存的局部性，其中，最近訪問的數據會在不久后再次被訪問，這種情況被稱為時間局部性，基于這個特性，在基于目錄的CC-NUMA系統中引入Cache來緩存目錄項，并采用最近最少使用替換算法，來降低目錄訪問的壓力，緩解存儲器訪問的瓶頸效應，目錄Cache用于緩存最近經常使用的目錄條目，目的是減小目錄的訪問延遲，減少CC報文的協議處理時間，提高結點控制器對報文處理的吞吐量，所有進入結點控制器的CC一致性報文，都必須訪問目錄Cache，以獲得數據對應的目錄，以便進行后續的協議處理，由于目錄Cache的容量有限，不可能保存所有的目錄條目，因此，當CC報文需要的目錄條目在目錄Cache中沒有命中時，則需要訪問外部存儲器以獲得目錄，同時，為了提高并行訪問的效率，采用非阻塞工作方式，即前一個未完成的訪問操作不會阻塞后續訪問的執行；而在目錄Cache與存儲體的映射方面，采用8路組相聯的方式，從實際應用的角度來看，8路組相聯在降低失效率方面的作用已經和全相聯一樣有效，能更好地減少系統的開銷，實施步驟如下：

目錄Cache模塊由4個目錄Cache體、1個數據旁路模塊以及1個控制與狀態寄存器模塊構成，其中：

?1)?4個目錄Cache體是相互獨立，對應4塊存儲地址，其中每個目錄Cache體的設計都是完全相同的，容量為128KB，映射方式為8路組相聯，每個Cache行大小為64B，即512b，這是由與存儲控制器接口的寬度所決定的，共計256行，目錄Cache體采用最近最少使用替換算法，提高芯片性能，并采用非阻塞工作方式，即前一個未完成的訪問操作不會阻塞后續訪問的執行；

2)?為了增加系統的容錯性，整個模塊中還包含一個目錄數據旁路模塊，處于調試狀態時，通過目錄數據旁路模塊的數據通路來傳送數據，為了簡化實現，減少邏輯資源的占用，采用阻塞工作方式，即所有的訪問操作順序執行，在前一個操作未完成之前，后面的操作不會流入，等待前面的操作完成；

3)?為了增加可控性與可觀察性，模塊中包含一個控制與狀態寄存器模塊CSR，保存用戶設置的控制信息與每個目錄Cache體的錯誤狀態信息；

在此基礎上，目錄Cache的操作包括兩種：一種是讀目錄，二種是存目錄，下面分別介紹這兩種操作的詳細過程：

對于一個讀目錄操作，根據是否命中，分為下面兩種情況來處理：

1）若命中，則直接從返回對應的4字節（32b）的數據；

2）若沒有命中，則發出一個訪存的讀請求，載入一個Cache行的數據（512位），創建一個Cache行的目錄項，而后根據請求報文的地址的最低位，確定相應的32位目錄項，返回數據；

對于一個寫目錄操作，根據是否命中，以及是否需要替換的因素，分為下面三種情況來處理：

1）若命中，則直接將請求報文中的32位目錄數據寫入，等待以后替換時才真正寫入外部存儲器；