Коли кеш-пам'ять процесора змивається назад до основної пам'яті?

Якщо ви тільки починаєте вивчати багатоядерні процесори, кешування, когерентність кешу і пам'ять, це може здатися трохи заплутаним. Маючи це на увазі, сьогоднішня публікація із запитань SuperUser має відповіді на запитання цікавого читача.

Сьогоднішня сесія запитань та відповідей приходить до нас люб'язно SuperUser - підрозділ Stack Exchange, групування веб-сайтів із запитаннями та відповідями на рівні спільноти..

Питання

Читач SuperUser CarmeloS хоче знати, коли кеш процесора скидається назад до основної пам'яті:

Якщо у мене є процесор з двома ядрами і кожен ядро має свій власний кеш L1, чи можливо, що Core1 і Core2 одночасно кешують ту ж саму частину пам'яті? Якщо це можливо, яким буде значення основної пам'яті, якщо обидва Core1 і Core2 відредагували свої значення в кеші?

Коли кеш процесора скидається назад до основної пам'яті?

Відповідь

Співробітники SuperUser Девід Шварц, sleske, і Kimberly W мають відповідь для нас. Спочатку, Девід Шварц:

Якщо у мене є процесор з двома ядрами, і кожен ядро має свій власний кеш L1, можливо, Core1 і Core2 одночасно кешують ту ж саму частину пам'яті одночасно.?

Так, продуктивність була б жахливою, якби це було не так. Розглянемо дві теми, що виконують один і той же код. Ви хочете, щоб код в обох L1 кеш.

Якщо це можливо, яким буде значення основної пам'яті, якщо обидва Core1 і Core2 відредагували свої значення в кеші?

Старе значення буде в основній пам'яті, що не буде мати значення, оскільки жодне ядро не буде його читати. Перш ніж вилучити змінене значення з кешу, воно повинно бути записано в пам'ять. Як правило, використовується деякий варіант протоколу MESI. У традиційній реалізації MESI, якщо значення змінено в одному кеші, воно не може бути присутнім у будь-якому іншому кеші на тому ж рівні.

Далі йде відповідь від sleske:

Так, наявність двох кеш-пам'яті в одній і тій же області пам'яті може статися, і це насправді проблема, яка виникає на практиці. Існують різні рішення, наприклад:

Два кеша можуть спілкуватися, щоб переконатися, що вони не згодні

Ви можете мати якийсь супервізор, який відстежує всі кеші та відповідно оновлює їх

Кожен процесор контролює області пам'яті, які він кешує, і коли він виявляє запис, він викидає свій (тепер недійсний) кеш

Проблема називається когерентністю кешу, а стаття Вікіпедії на цю тему має гарний огляд проблеми та можливі рішення.

І остаточна відповідь від Kimberly W:

Щоб відповісти на запитання у назві вашої публікації, це залежить від протоколу кешування. Якщо воно є зворотним, кеш буде скинуто назад до основної пам'яті, коли контролер кешу не має іншого вибору, окрім як поставити новий блок кешу у вже зайнятий простір. Блок, який раніше займав простір, видаляється, і його значення записується назад до основної пам'яті.

Інший протокол є переписом. У цьому випадку в будь-який час блок кешування записується на рівні n, відповідний блок на рівні n + 1 оновлено. Це схоже за поняттям до заповнення форми карбоновим папером; все, що ви пишете на вершині, копіюється на аркуші нижче. Це повільніше, тому що воно передбачає більше операцій запису, але значення між кешами є більш послідовними. У схемі зворотного запису тільки кеш найвищого рівня мав би найновіше значення для конкретного блоку пам'яті.

Маєте щось додати до пояснення? Звучить в коментарях. Хочете прочитати більше відповідей від інших технологічних користувачів Stack Exchange? Перегляньте повний потік обговорення тут.

Зображення: Lemsipmatt (Flickr)