21、分布式内存多核系统与硬件并行性及缓存技术解析

分布式内存多核系统与硬件并行性及缓存技术解析

1. 分布式内存多核系统概述

当 CPU 核心数量接近或超过 100 个时，采用分布式内存系统是一种明智的选择，即让每个 CPU 拥有自己的独立内存。在这个平台中，每个缓存由本地缓存控制器（通常称为 MSI 控制器，基于修改、共享和无效三种状态）控制，而每个分布式内存由目录控制器管理。

1.1 目录系统特性

• 对于本地内存中的每个数据块，目录中都有一个对应的共享者 ID 条目。
• 该条目列出了数据传输后的所有可能结果：
  • 数据块被其他 CPU 核心共享（共享状态）。
  • 数据块仅存在于本地内存中（修改状态）。
  • 数据块不存在于本地内存中（未缓存状态）。
• 当缓存未命中时，目录控制器会搜索并定位所需的数据块，并在每次读写操作后更新共享者 ID。

1.2 数据事务中的 CPU 节点

在每个数据事务中，主要涉及三个 CPU 核心，每个核心在事务中有不同的名称，称为“节点”：
- 请求节点 ：发出地址并向其他 CPU 核心请求数据的 CPU 核心。
- 主节点 ：其内存中包含所发出地址的 CPU 核心。
- 拥有节点 ：其内存中实际拥有所请求数据的 CPU 核心。

数据传输过程如下：
1. 请求节点生成地址和读写请求。
2. 主节点从拥有节