28、多处理器系统中的总线共享内存与缓存一致性解析

多处理器系统中的总线共享内存与缓存一致性解析

1. 多处理器系统的功能组件

在多处理器系统中，一些任务可以从计算处理器（CP）卸载。例如，DMA 引擎可用于在内存区域和网络接口之间来回复制数据。广义消息处理器（MP）则能执行更高级的功能，如匹配、形成数据包和发送确认信息。在某些实现中，多处理器里的一个计算处理器可专门用于消息处理。随着多核芯片中的处理器或线程上下文基本可免费获取，这确实是一个有趣的选择。还有些实现使用与网络接口紧密耦合的专用处理器来处理协议事务。

2. 基于总线的共享内存系统概述

基于总线的共享内存系统主要探讨小规模共享内存多处理器系统的设计空间。先从缓存组织开始，进而引入缓存一致性这一关键问题。核心内容是在假设使用基于广播的互连介质（如总线）的情况下，介绍丰富的缓存一致性协议设计原则。

3. 多处理器缓存组织

3.1 基本架构类型

基于总线的多处理器系统有多种组织方式：
- 对称多处理器系统（SMP） ：所有处理器位于互连的一侧，所有内存模块位于另一侧，所有处理器对内存的访问时间相同。但这种架构缺乏缓存内存层次结构，不太现实。
- 带共享一级缓存的 SMP ：在处理器和互连之间插入共享缓存。其优点是处理器之间的有效共享可高效利用缓存资源，如两个处理器访问同一数据块时可共享，减少重复缓存。缺点是处理器和共享缓存之间的互连会增加关键内存访问路径的延迟，因此仅适用于处理器数量较少的组织。
- 带私有缓存的 SMP ：由于现代微处理器都配备片上缓存，所以必须