快取一致性

定义

相干性定义了对同一内存位置的读和写的行为。如果满足以下所有条件，缓存是一致的。

1. 当一个处理器P读取一个位置X时，在向该位置写入后，如果没有其他处理器向该位置写入另一个值，P必须得到它所写入的值。这对于单处理器系统也是如此，它意味着内存能够保持一个写入的值。
2. 假设有两个处理器，P₁和P₂，P₁写了一个值X₁，之后，P₂写了一个值X₂，如果P₁读取这个值，它必须得到P₂写的值X₂，而不是它写的值X₁，如果两者之间没有其他的写入。这意味着内存的视图是连贯的。如果处理器可以在P所做的写之后读取相同的旧值₂，那么内存就不是连贯的。
3. 一次只能向内存中的某个位置写一次。如果有几个写，它们必须一个接一个地发生。换句话说，如果位置X收到两个不同的值A和B，按照这个顺序，由任何两个处理器，处理器永远不能把位置X读成B，然后再读成A。

这些条件的定义是假设读和写的操作是即时的。然而，由于内存延迟和架构的其他方面，这在计算机硬件中不会发生。如果处理器X的写操作是在写操作后很短的时间内进行的，那么处理器Y的读操作可能就不会看到。内存一致性模型定义了一个写入的值何时必须被其他处理器的后续读指令所看到。

缓存一致性机制

• 基于目录的一致性机制维持着一个缓存块的中央目录。

• 窥探是指每个高速缓存监控地址行对其高速缓存中的内存位置进行访问的过程。当观察到对一个高速缓存有副本的位置的写操作时，高速缓存控制器就会使它自己对被窥探的内存位置的副本失效。

• Snarfing是指当第二个主控器修改主存储器中的某个位置时，缓存控制器同时观察地址和数据，试图更新自己的存储器位置的副本。

分布式共享内存系统模仿了这些机制，因此它们可以在松散耦合的系统中维持内存块之间的一致性。

通常研究的两种最常见的一致性类型是Snooping和基于目录的。每一种都有自己的好处和缺点。如果有足够的带宽，窥探协议往往更快，因为所有事务都是所有处理器看到的请求/响应。缺点是，窥探是不可扩展的。每个请求都必须广播给系统中的所有节点。随着系统变大，（逻辑或物理）总线的大小和它提供的带宽必须增长。另一方面，目录往往有较长的延迟（有3跳的请求/转发/响应），但使用的带宽要少得多，因为消息是点对点的，不是广播。由于这个原因，许多较大的系统（大于64个处理器）使用这种类型的缓存一致性。