MESI：缓存一致性协议

MESI：缓存一致性协议

• 背景：多核CPU有各自的高速缓存，对于同一主存数据修改后，访问时会有不一致问题。MESI就是为了解决多核CPU高速缓存访问同一主存数据一致性。

• 概念：

  • MESI(Modified Exclusive Shared Or Invalid)：是一种广泛使用的支持写回策略的缓存一致性协议。

  • Write through（写通）：每次CPU修改了cache中的内容，Cache立即更新内存的内容

  • Write back（写回）：内核修改cache的内容后，cache并不会立即更新内存中的内容，而是等到这个cache line因为某种原因需要从
    cache中移除时，cache才会更新内存中的内容。

    1. Write through（写通）由于有大量的访问内存的操作，效率太低，大多数处理器都使用Writeback（写回）策略，在一定程度上减少了总线带宽压力。
    2. Cache如何知道这行有没有被修改？需要一个标志-dirty标志。Dirty标志为1，表示cache的内容被修改，和内存的内容不一致，当该cache line被移除时，数据需要被更新到内存，dirty标志位0（称为clean），表示cache的内容和内存的内容一致。

• 状态：CPU中每个缓存行（caceh line)使用4种状态进行标记（使用额外的两位(bit)表示):

状态	独占	与主存一致	备注
Modified（被修改）	✔	✘	缓存行中的内存需要在未来的某个时间点（允许其它CPU读取请主存中相应内存之前）写回（write back）主存
Exclusive（独占的）	✔	✔	该状态可以在任何时刻当有其它CPU读取该内存时变成共享状态（shared)
Shared（共享的）	✘	✔	当有一个CPU修改该缓存行中，其它CPU中该缓存行可以被作废（变成无效状态（Invalid））。
Invalid（无效的）	✘	✘	该缓存是无效的（可能有其它CPU修改了该缓存行）。

MESI 协议的状态图

参考

MESI&MOESI协议

MESI--CPU缓存一致性协议

《大话处理器》Cache一致性协议之MESI

既然CPU有缓存一致性协议（MESI），为什么JMM还需要volatile关键字？

10 张图打开 CPU 缓存一致性的大门

正确理解MESI协议