31、多处理器系统中的内存访问与一致性问题解析

多处理器系统中的内存访问与一致性问题解析

1. 多处理器内存访问示例

在多处理器系统中，处理器对内存块的访问顺序十分关键。以下是三个处理器对内存块 A、B、C 和 D 的访问序列示例：
| 时间步 | 处理器 1 | 处理器 2 | 处理器 3 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 1 | RA | | |
| 2 | | RB | |
| 3 | | | RC |
| 4 | | | RD (evict block B1) |
| 5 | WA | | |
| 6 | RA | | |
| 7 | | WB | |
| 8 | RA | | |
| 9 | | | RC |

2. 缓存缺失类型分类

内存系统的主要设计目标是减少处理器读写操作的平均延迟和带宽消耗。我们以 MSI 协议为例，来深入了解缓存协议的延迟和带宽效率。
- 冷缺失（Cold Miss） ：当处理器首次访问某个内存块时，会触发冷缺失。例如，在上述示例中，前三次访问（处理器 1 的 RA、处理器 2 的 RB 和处理器 3 的 RC）触发了读缺失，将块 B1 带入各自的缓存，这属于冷缺失。
- 替换缺失（Replacement Miss） ：由于地址映射冲突或缓存容量有限，导致内存块被逐出缓存，后续对该块的访问会引发替换缺失。如处理器 3 在第 4 步访问块 B2 时逐出了块 B1，后续再访问 B1 就会产生替换缺失。
- 一致性缺失（Cohere