20Aug
Wenn Sie gerade erst lernen, wie Multi-Core-CPUs, Caching, Cache-Kohärenz und Speicher funktionieren, mag es auf den ersten Blick ein wenig verwirrend erscheinen. In diesem Sinne hat der heutige SuperUser Q & A-Post Antworten auf die Frage eines neugierigen Lesers.
Die heutige Frage &Die Antwortsitzung kommt dank SuperUser, einer Unterteilung von Stack Exchange, einer Community-gesteuerten Gruppierung von Q & A-Websites, zu uns.
Die Frage
SuperUser-Leser CarmeloS möchte wissen, wann der Cache einer CPU in den Hauptspeicher zurückgespült wird:
Wenn ich eine CPU mit zwei Kernen habe und jeder Kern seinen eigenen L1-Cache hat, können Core1 und Core2 beide denselben Cache habenTeil der Erinnerung zur gleichen Zeit? Wenn es möglich ist, was wird der Wert des Hauptspeichers sein, wenn sowohl Core1 als auch Core2 ihre Werte im Cache bearbeitet haben?
Wann wird der Cache einer CPU in den Hauptspeicher zurückgespült?
Die Antwort
SuperUser Mitwirkende David Schwartz, sleske und Kimberly W haben die Antwort für uns. Zuerst, David Schwartz:
Wenn ich eine CPU mit zwei Kernen habe und jeder Kern seinen eigenen L1-Cache hat, ist es möglich, dass Core1 und Core2 beide den gleichen Teil des Speichers gleichzeitig zwischenspeichern?
Ja, die Leistung wäre schrecklich, wenn das nicht der Fall wäre. Stellen Sie sich zwei Threads vor, die denselben Code ausführen. Sie möchten diesen Code in beiden L1-Caches.
Wenn es möglich ist, was ist der Wert des Hauptspeichers, wenn sowohl Core1 als auch Core2 ihre Werte im Cache bearbeitet haben?
Der alte Wert befindet sich im Hauptspeicher, was nicht von Bedeutung ist, da keiner der beiden die Werte liest. Bevor ein geänderter Wert aus dem Cache ausgegeben wird, muss er in den Speicher geschrieben werden. In der Regel wird eine Variante des MESI-Protokolls verwendet. Wenn in der traditionellen Implementierung von MESI ein Wert in einem Cache geändert wird, kann er in keinem anderen Cache auf derselben Ebene vorhanden sein.
Gefolgt von der Antwort von sleske:
Ja, es kann passieren, dass zwei Cachespeicher die gleiche Speicherregion zwischenspeichern, und dies ist tatsächlich ein Problem, das in der Praxis häufig auftritt. Es gibt verschiedene Lösungen, zum Beispiel:
- Die zwei Caches können kommunizieren, um sicherzustellen, dass sie nicht übereinstimmen
- Sie können eine Art Supervisor haben, der alle Caches überwacht und sie entsprechend aktualisiert
- Jeder Prozessor überwacht die zwischengespeicherten Speicherbereichewenn es einen Schreibvorgang entdeckt, wirft es seinen( jetzt ungültigen) Cache aus.
Das Problem wird Cache-Kohärenz genannt und der Wikipedia-Artikel zum Thema hat einen schönen Überblick über das Problem und mögliche Lösungen.
Und unsere letzte Antwort von Kimberly W:
Um die Frage im Titel deines Posts zu beantworten, hängt es davon ab, was das Caching-Protokoll ist. Wenn es zurückgeschrieben wird, wird der Cache nur zum Hauptspeicher zurückgespült, wenn der Cache-Controller keine andere Wahl hat, als einen neuen Cache-Block in den bereits belegten Speicherplatz zu setzen. Der Block, der zuvor den Platz belegt hat, wird entfernt und sein Wert wird in den Hauptspeicher zurückgeschrieben.
Das andere Protokoll ist Write-Through. In diesem Fall wird der entsprechende Block auf der Ebene n + 1 aktualisiert, wenn der Cache-Block auf die Ebene n geschrieben wird. Es ist ähnlich im Konzept zum Ausfüllen eines Formulars mit Kohlepapier darunter;was auch immer Sie oben schreiben, wird auf das untenstehende Blatt kopiert. Dies ist langsamer, da es offensichtlich mehr Schreibvorgänge erfordert, aber die Werte zwischen den Caches sind konsistenter. In dem Write-Back-Schema würde nur der Cache der höchsten Ebene den aktuellsten Wert für einen bestimmten Speicherblock haben.
Haben Sie etwas zur Erklärung hinzuzufügen? Ton in den Kommentaren ab. Möchten Sie mehr Antworten von anderen technisch versierten Stack Exchange Benutzern lesen? Sehen Sie sich den vollständigen Diskussionsfaden hier an.
Bildkredit: Lemsipmatt( Flickr)
