源于一種基于消息的存儲(chǔ)一致模型

　　傳統(tǒng)上，多處理器系統(tǒng)中的存儲(chǔ)器一致性都是通過總線偵聽實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)內(nèi)核都與一個(gè)通用多層總線連接，能夠偵聽同級(jí)處理器的存儲(chǔ)器存取流量，以調(diào)節(jié)每個(gè)高速緩沖器行的一致狀態(tài)。這樣，每個(gè)內(nèi)核都在本地保持了l1高速緩沖器行的一致狀態(tài)，并通過通用總線將狀態(tài)的改變通知同級(jí)處理器。

　　soc不斷增加的面積和復(fù)雜性導(dǎo)致了多層總線基本哲學(xué)的改變，以利于采用集中流量路由的本地點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。由于負(fù)載的減少和段長的縮短，這將有助于顯著加速和推動(dòng)現(xiàn)在的本地化總線段的改善。同時(shí)，也可以緩解總線爭(zhēng)用問題，同時(shí)增加了本地化數(shù)據(jù)交換吞吐量。為了滿足這一系統(tǒng)架構(gòu)趨勢(shì)，出現(xiàn)了ocp(開放內(nèi)核協(xié)議)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步鞏固了這一設(shè)計(jì)哲學(xué)。另外，ip供應(yīng)商業(yè)務(wù)模式的出現(xiàn)催化了ip互連和設(shè)計(jì)方法的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于在一個(gè)開放標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的復(fù)用。

　　然而，與通過ocp互連段操控一樣，本地化總線執(zhí)行將整個(gè)多核集群上的處理器分拆開。一致方案不能直接基于總線偵聽和依賴總線仲裁來確保存取排序，需要不同的通信方法來確保數(shù)據(jù)存取的一致性。在爭(zhēng)用l1行數(shù)據(jù)請(qǐng)求排序的過程中，其他挑戰(zhàn)也浮現(xiàn)出來。應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)的一種方法是給每個(gè)處理單元增加一致消息通信，如圖1所示。這些消息提供了偵聽型緩沖器一致的方法。

圖 1 一致處理系統(tǒng)

　　一致消息包含了ocp協(xié)議中的一個(gè)新命令。處理器系統(tǒng)中的成員向一個(gè)集中一致管理器發(fā)送一致消息。該管理器提供存取排序(順序化)和消息路由，為同級(jí)成員提供偵聽型存取。這些同級(jí)成員將以其單獨(dú)的l1行狀態(tài)進(jìn)行響應(yīng)，并發(fā)出一個(gè)消息響應(yīng)。根據(jù)這些響應(yīng)，一致管理器發(fā)起對(duì)內(nèi)核間一致數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)移動(dòng)，將存取集中在更高級(jí)別的存儲(chǔ)器層，如l2和l3高速緩沖器。i/o一致單元還可提供一種方式逐漸采用/逐漸淘汰數(shù)據(jù)進(jìn)/出一致地址空間的數(shù)據(jù)，它是一致消息交換的一部分。

　　除了ocp協(xié)議中的新消息類命令外，還需要具體的處理器響應(yīng)一致狀態(tài)請(qǐng)求，因此它們不只是總線處理的發(fā)動(dòng)者(主控)。一致處理系統(tǒng)滿足這一要求的方法可能是通過提供一個(gè)ocp從端口來接收和響應(yīng)一致管理器發(fā)送的消息。處理器的一致請(qǐng)求將利用ocp主端口。在處理集群內(nèi)，內(nèi)核間和一致管理器之間的一致消息交換被稱為“干預(yù)”。處理器的ocp從端口接收干預(yù)，因此稱為“干預(yù)端口”。

　　如圖1所示，1004k系統(tǒng)的每個(gè)獨(dú)立處理器都是基于我們多線程處理器架構(gòu)的，可以在單標(biāo)量、9級(jí)流水線范圍內(nèi)提供兩個(gè)獨(dú)立線程并處理上下文。復(fù)制的1級(jí)數(shù)據(jù)高速緩沖器標(biāo)記陣列可同時(shí)用于存取cpu操作和干預(yù)查尋。一致處理系統(tǒng)可支持mesi型高速緩沖器行一致性。

　　處理系統(tǒng)一致管理器通過其請(qǐng)求單元—ocp從端口，在每個(gè)cpu和i/o一致單元的推動(dòng)下，接收進(jìn)入的消息并對(duì)其進(jìn)行串化。串化的消息按照其地址空間和上下文，或使用“存儲(chǔ)器接口單元”發(fā)送到更高級(jí)別的高速緩沖器層，或使用“偵聽代理”發(fā)送至同級(jí)處理器和i/o一致單元。偵聽代理發(fā)起ocp主處理(干預(yù))來查尋每個(gè)處理器的一致l1高速緩沖器行狀態(tài)。干預(yù)返回到消息發(fā)起者，稱為自我干預(yù)，有助于發(fā)起者提供存取排序。對(duì) cpu 發(fā)起的一致消息響應(yīng)和數(shù)據(jù)響應(yīng)是在“響應(yīng)單元”內(nèi)確立的，并發(fā)送到每個(gè) cpu。

　　一致ocp命令

　　在1004k cps中使用的ocp命令可以分成三類。

　　第一類是保持mesi型高速緩沖器行狀態(tài)的一致消息。它們是cpu負(fù)載/存儲(chǔ)操作的結(jié)果，能夠發(fā)起cpu和/或存儲(chǔ)器子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)移動(dòng)。cps(一致處理系統(tǒng))的所有同級(jí)cpu將接收由一個(gè)發(fā)起者發(fā)送的一致消息，并根據(jù)它們的高速緩沖器行一致狀態(tài)做出響應(yīng)。一致管理器將根據(jù)需要發(fā)起數(shù)據(jù)移動(dòng)。

　　一致高速緩沖器操作指令用于一致地址空間內(nèi)高速緩沖器行的維護(hù)。i/o流量將新的一致行帶入該域，或?qū)⒁恢律舷挛膹母咚倬彌_器行中移除。另外，還要進(jìn)行存儲(chǔ)器層的同步化操作。

　　第三類是非一致命令，在一致地址空間外的存儲(chǔ)區(qū)中執(zhí)行ocp主端口處理。它們代表了ocp讀寫命令。

　　一致消息

　　一致處理系統(tǒng)可能執(zhí)行四個(gè)一致消息，這四個(gè)消息是由cpu負(fù)載/存儲(chǔ)活動(dòng)產(chǎn)生的l1高速緩沖器行狀態(tài)變化導(dǎo)致的。發(fā)起的cpu將這個(gè)消息以ocp主端口命令發(fā)送。系統(tǒng)的同級(jí)cpu接收基于該行狀態(tài)變化的干預(yù)，并以其本地高速緩沖器行狀態(tài)進(jìn)行響應(yīng)。

　　第一種消息類型是cohreadown，表示在嘗試修改高速緩沖器行時(shí)發(fā)生的高速緩沖器的不命中。同級(jí)內(nèi)核遇到處于“修改”狀態(tài)的該行時(shí)，會(huì)強(qiáng)制回寫到存儲(chǔ)器子系統(tǒng)中，并執(zhí)行本地失效。作為優(yōu)化，本地遇到的行數(shù)據(jù)將被轉(zhuǎn)發(fā)到請(qǐng)求方 cpu，以降低存取延遲。請(qǐng)求方cpu將使該行作為“專有”行，并執(zhí)行行修改指令。然后，高速緩沖器行狀態(tài)將變成“修改過的”。在等待行重新填滿的時(shí)候，請(qǐng)求方cpu將繼