Question

我对缓存行有一些误解。我正在使用Haswell和Ubuntu。现在让我们说我们有2线程应用程序，其中发生以下情况。

mov [addr], dword 0xAC763F
;starting Thread 1 and Thread 2

现在让我们说线程并行执行以下操作：

Thread 1                        Thread 2
mov rax, [addr]              mov rax, [addr]
mov [addr], dword 1     mov [addr], dword 2

现在我对正在发生的事情的理解是：

在开始之前，主线程写入相应的缓存行（addr）并将其标记为Exclusive。
如果在开始wrtining之前，两个线程Thread 1和Thread 2都已完成读取，则缓存行在所有缓存中都具有状态Shared。

现在，如果Invalid中的mov [addr], dword 1和Thread 1中的mov [addr], dword 2都标记为Thread 2，我就无法理解这一行的标记为MESI发生了＃34;同时＃34;。

首先＆＃34;同时＆＃34;感觉有点模糊。我认为这是＆＃34;在相同的CPU时钟周期内＃34;。 ShmKEY = ftok(".", 'x');协议实现如何解决这个问题＆＃34;同时从不同的线程编写问题＆＃34;。

Answer 1

我认为这是＆＃34;在相同的CPU时钟周期内＃34;

不同的核心可以使用不同的时钟;例如一个核心可以是4GHz，而另一个核心是800MHz。（但仅适用于Haswell Xeon;双核/四核部件在单个时钟域中具有所有内核。我已经读过它，它与您在空闲核心上查看CPU频率时所看到的相匹配，而一个核心是忙。）

相关：What happens when different CPU cores write to the same RAM address without synchronization?是一个非常相似的问题。（但那个问题的OP并不知道MESI是什么）。不过，我在那里详细介绍了发送RFO请求的情况，所以如果这个问题太简洁，也许可以阅读答案。

在开始之前，主线程写入相应的缓存行（addr）并将其标记为Exclusive。

核心必须在之前将缓存行置于独占状态，然后才能对其进行修改。实际上，向L1D提交写操作会将其从Exclusive转换为Modified，而不与其他内核进行通信。（L1D和L2是回写缓存）。

但是，是的，如果两个内核在其中任何一个写入之前读取缓存行，则它们都将处于共享状态。在收到对该线路的RFO请求的成功回复后，他们只能将该线路翻转为Exclusive。 Wikipedia's MESI article有一个状态转换图和RFO的定义。

冲突的RFO请求当然可以立即投放。他们需要多个周期才能到达另一个核心，因此商店有充足的时间在接收RFO之前，每个核心都会发起一个RFO。（并不是说会阻止核心发送自己的RFO;写入无效的共享线路需要RFO才能使其进入独占状态，以便商店可以提交。）

我并非100％确定哪个请求获胜的决定将在L3缓存中决定。但

Haswell的L3包含在内，用作一致性流量的后备/过滤器。 L3不是实际广播所有核心的所有请求，而是包含标签的额外信息，以跟踪哪些核心（可能）具有哪条线路的副本。 L1和L2是私有的每个核心，因此L3是第一个共享的缓存级别。

我猜测L3会处理核心RFO首先完成的仲裁，因为它已经跟踪哪些核心（可能）需要查看哪些核心RFOs。据推测，这是在保存相关物理地址的L3片段中完成的。

As @fuz points out，MESI是围绕总线拓扑而设计的，而不是一个路由消息的更复杂的网络。英特尔的设计具有相同的状态，但实际上并不像通常的CPU架构描述那样简单地工作。

所以，我们可以肯定地说：通过一些未知的内部机制，CPU决定首先是一个RFO 。稍后到达而第一个仍在进行往返的可能会被取消（因此核心必须稍后重试），或者它可能被缓冲。

我们知道英特尔CPU具有用于竞争原子RMW操作的硬件仲裁机制，如lock add [mem], eax。据推测，它是对同一行的多个只写访问进行仲裁的完全相同的机制，因为唯一的区别是lock ed操作在操作期间保持在行上，而不响应使持续时间的请求无效。

您可以在＆＃34; uncore＆＃34;的同一时钟周期内讨论到达同一L3片段的多个RFO请求。 L3使用的时钟。

在Haswell的实践中，这可能是可能的; cores are connected with a bi-directional ring bus（每路32字节宽），因此每个（非核心）时钟周期的两条消息可以到达L3缓存的任何给定片段。此外，L3的每个片段都连接到核心，因此来自该核心的请求也可以同时到达。

在这种情况下，它可能很简单：如果一个切片甚至可以在同一个周期内接收多条发往它的消息（而不是只是在环上通过），它可能是硬接线的因此，该片的三个来源之一总是获胜。

内核如何决定在MESI中使哪个缓存行无效？

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