[发明专利]支持掷出的一致性管理的处理器、数据处理系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及数据处理系统，并且特别涉及数据处理系统中的一致性(coherency)管理。更特别地，本发明涉及支持数据处理系统的高速缓存层次中各掷出(castout)的改进的一致性管理的处理器、数据处理系统和方法。

背景技术

传统的对称多处理器(SMP)计算机系统，如服务器计算机系统，包括全部耦合到系统互连的多个处理单元，该系统互连典型地包括一个或更多地址、数据和控制总线。耦合到系统互连的是系统存储器，其表示多处理器计算机系统中最低级别的易失存储器，并且对由所有处理单元的读和写访问，该系统存储器通常是可访问的。为了减小对驻留在系统存储器中的指令和数据的访问延迟(latency)，每个处理单元典型地还由各自的多级别高速缓存层次支持，该多级别高速缓存层次的较低级别可以由一个或更多处理器核心共享。

通常利用高速缓存存储器暂时缓冲可能被处理器访问的各存储器块，以便通过减小访问延迟加速处理，该延迟由不得不从系统存储器装载需要的数据和指令引入。在一些多处理器(MP)系统中，高速缓存层次包括至少两个级别。级别一(L1)或较高级别高速缓存通常是与特定处理器核心相关联的私有高速缓存，并且不能由MP系统中的其它核心直接访问。典型地，响应于存储器访问指令如装载或存储指令，处理器核心首先访问较高级别高速缓存。如果在较高级别高速缓存中未找到被请求的存储器块，或者在较高级别高速缓存中不能为存储器访问请求提供服务(例如，L1高速缓存是通过式存储(store-through)高速缓存)，那么处理器核心访问较低级别高速缓存(例如，级别二(L2)或级别三(L3)高速缓存)以服务于对请求的存储器块的存储器访问。最低级别的缓存(例如L2或L3)通常在多个处理器核心之间共享。

通过一致性协议的实施，存储器内容的一致视图保持在潜在的遍及计算机系统分布的各个存储器块的多个拷贝面前。一致性协议，例如公知的修改的、独占的、共享的、无效的(MESI)协议或其变体，需要保持与存储器块的每个高速缓存的拷贝相关联的状态信息，并且在处理单元之间通信至少一些存储器访问请求，以使存储器访问请求对其它处理单元可见。

为了在多个处理单元和执行的线程之间同步对存储器的特定颗粒(例如，高速缓存线)的访问，经常使用保留装载(load-reserve)和条件存储(store-conditional)指令对。例如，已经在具有分别与LWARX/LDARX和STWCX/STDCX记忆系统(mnemonics)(以下称为LARX和STCX)相关联的操作代码(opcodes)的PowerPC指令集架构中实现了保留装载和条件存储指令。由处理器执行LARX指令将指定的高速缓存线装载到处理器的高速缓存存储器中，并且设置保留标志和地址寄存器，意味着处理器对通过执行随后的STCX指令自动更新高速缓存线感兴趣，该STCX指令将保留的高速缓存线作为目标。然后高速缓存为表示另一个处理器已经修改了高速缓存线的各操作，监视存储子系统，并且如果检测到一个，那么将保留标志复位以表示取消保留。当处理器执行以通过执行LARX指令保留的高速缓存线为目标的随后的STCX指令时，如果用于高速缓存线的保留仍然待处理(pending)，则高速缓存存储器只执行由STCX请求的高速缓存线更新。因此，对共享存储器的更新可以被同步，而不使用严格坚持原子性(atomicity)的原子型更新原语(atomic update primitive)。

保留标志的状态和保留的高速缓存线的缓存是独立的，意味着如果例如通过掷出操作从保留处理器的高速缓存移除相关联的高速缓存线，那么保留标志不被自动复位。如果保留的从高速缓存存储器掷出的高速缓存线随后由不同于保留处理器的处理器修改，那么如果保留的高速缓存线处于不同于修改的状态，则将通过传统的一致性通信自动取消保留。然而，因为可以“安静地”(即，没有高速缓存之间的一致性通信)更新修改的高速缓存线，所以为了确保应该失败的STCX不成功，必须为这样的高速缓存线做好特殊的准备(provision)。