Coerência de Cache¶
MO601 - Arquitetura de Computadores II
http://www.ic.unicamp.br/~rodolfo/mo601
Rodolfo Azevedo - rodolfo@ic.unicamp.br
Por que precisamos de coerência de cache?¶
- Diferentes cores escrevem e leem dados da memória
- Dados são armazenados temporariamente na hierarquia de cache
- É importante que todas as leituras recebam o valor mais atualizado
Exemplos de hierarquia multicore¶
Conceitos básicos¶
- Cache inclusiva: Contém todos os valores dos níveis menores
- Uma cache L2 inclusiva contém todos os dados de todas as L1 conectadas a ela
- Se for necessário remover um dado dessa L2 (*evict), o dado também será removido da L1
- Compartilhamento falso: Duas caches editando partes distintas de um mesmo bloco
- Coerência: Todos os acessos a um mesmo bloco são visto na mesma ordem
- Consisência: Todos os acessos a blocos diferentes são vistos na mesma ordem
Protocolos¶
- Snooping: As caches espionam todas as transações do barramento e tomam atitudes
- Baseado em diretório: Utiliza uma localização central para rastrear todos os blocos de cache
Protocolos de diretório são mais escaláveis, embora mais complexos
Protocolo MSI¶
- **M**odified: um bloco de cache contém uma nova versão do dado
- Apenas um bloco de cache pode estar nesse estado
- **S**hared: um bloco de cache contém uma versão do dado que pode ser compartilhado
- Mais de um bloco de cache pode estar nesse estado
- **I**nvalid: um bloco de cache não contém uma versão do dado ou a versão não é válida
Protocolo MSI em snooping em ação¶
Considerando uma cache com:
- Bloco de 16 bytes
- Protocolo MSI
- Snooping
- Valores de memória \(M[i]=10i\)
- Sistema com 4 cores, L1 privada, L2 compartilhada
- Barramento de snooping entre L1 e L2
Diagrama do sistema¶
C0: READ(0);¶
C0: READ(0); C1: READ(0);¶
C0: READ(0); C1: READ(0); C2: READ(0); C3: READ(0);¶
C1: READ(16);¶
C1: READ(16); C2: WRITE(0, 5);¶
C1: READ(16); C2: WRITE(0, 5); C1: WRITE(16, 0)¶
C1: READ(16); C2: WRITE(0, 5); C1: WRITE(16, 0); C3: READ(16);¶
C0: WRITE(8, 0);¶
C0: WRITE(8, 0);¶
Diretório¶
- Ponto centralizado para todas as informações de coerência
- Normalmente é armazenado dentro da cache de último nível (LLC) quando ela é inclusiva
- Para caches particionadas (split-caches), os diretórios também são particionados
- Normalmente as L3 são particionadas
- No exemplo a seguir, utilizaremos a L2 por questões de espaço
Diagrama de uma cache particionada¶
Protocolo MSI em diretório em ação¶
Considerando uma cache com:
- Bloco de 16 bytes
- Protocolo MSI
- Diretório
- Valores de memória \(M[i]=10i\)
- Sistema com 4 cores, L1 privada, L2 compartilhada
- Diretório na L2
Diagrama do sistema¶
C0: READ(0);¶
C0: READ(0); C1: READ(0);¶
C0: READ(0); C1: READ(0); C2: READ(0); C3: READ(0);¶
C2: WRITE(0, 5);¶
C2: WRITE(0, 5); C0: READ(4);¶
C2: WRITE(0, 5); C0: READ(4); C0: WRITE(4, 0);¶
Outros Protocolos¶
- MESI
- **E**xclusive: bloco de cache possui o mesmo conteúdo que a memória e é a única cópia do dado
- MOSI
- **O**wned: múltiplas caches podem possuir o mesmo valor mas somente uma está no estado **O**wned. Essa cache pode responder requisições de leitura das demais
- MOESI
- Adiciona tanto **E**xclusive quanto **O**wned
Exercício: MESI¶
Exercício: MOSI¶
Exercício: MOESI¶