SMP缓存一致性

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在阅读linux相关源码的过程中，经常看到内存屏障相关原语，如mb(),rmb(),wmb等。要想理解这些原语的作用，有必要理解SMP缓存一致性原理。

在SMP系统中，处理器的每个核都有独立的一级缓存，因此同一内存位置的数据，可能在多个核一级缓存中存在多个副本，所以存在数据一致性的问题。目前主流的缓存一致性协议是MESI协议及其衍生协议。

原生的MESI协议有4种状态：

• M(Modify)修改：表示数据只存在本地处理器缓存的在副本，数据是脏的，即数据被修改过，还没有写回内存。
• E(Exclusive)独占：表示数据只存在本地处理器缓存的副本，数据是干净的，即副本和内存中的数据相同。
• S(Shared)共享：表示数据存在多个处理缓存的副本，数据是干净的，即所有副本和内存中的数据相同。
• I(Invalid)无效：表示缓存行中没有数据。

为了维护缓存一致性，处理器之间需要通信，MESI协议提供了以下消息：

• Read读：包含想要读取的缓存行的物理地址。

• Read Response读响应：包含读消息请求的数据。读响应消息可能是由内存控制器发送的，也可能是由其他处理器的缓存发送的。如果一个处理器的缓存行有想要的数据，并且处于修改状态，那么必须发送读响应消息。
• Invalidate使无效：包含想要删除的缓存行的物理地址。所有其他处理器必须从缓存行中删除对