[发明专利]一种避免读缺失时数据回写的多处理器核间传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及多处理器核间传输技术领域，尤其是一种多处理器核间传输方法。

背景技术

随着人类对计算机速度和计算规模需求的不断提高，传统的单核处理器已经不能满足市场的需求，多核处理器应运而生。同时伴随着集成电路制造工艺的提高，在单芯片上集成多核成为现实，原本只有在大型服务器上才会使用的多处理器系统，逐渐迈入普通消费市场，越来越多的嵌入式系统都采用多核芯片。多核架构中一般都采用多级缓存的存储器架构以提高处理器的效率。在这样的架构下，高速缓存缓存数据一致性问题是一直困扰着设计者的一个重要问题。

多核处理器中有共享和私有缓存。私有数据只被单个处理器使用，而共享数据则被多个处理器同时使用。若某个处理器修改了高速缓存中的一个共享数据，同时该数据在别的高速缓存中有副本。该数据最新修改后，如果其它的副本不能得到及时修改，这时该数据若被其它处理器访问就会出现错误，这就出现了多处理器高速缓存数据一致性问题。

为了处理上述问题，诸多协议陆续被提出，其中之一的MESI协议被广泛采用。在MESI协议中，高速缓存副本具有四个状态：无效状态、共享状态、独占状态、修改状态。其四个状态的定义如下；

1.无效状态：该高速缓存副本内容无效；

2.共享状态：可能有多个处理器拥有该高速缓存有效副本，其数据与主存储器中的数据一致；

3.独占状态：只有一个处理器拥有该高速缓存有效副本，其数据与主存储器中的数据一致；

4.修改状态：只有一个处理器拥有该高速缓存有效副本，其数据与主存储器中的数据不一致。

在MESI协议中，若处理器A发生读缺失，处理器B拥有处理器A访问的高速缓存副本，且其处于修改状态。根据MESI状态定义，此时需要先将处理器B对应高速缓存副本的数据回写主存储器，然后处理器A从处理器B对应的高速缓存副本中读取数据或者从主存储器中读取数据。

由于处理器访问高速缓存的速度远快于访问主存储器的速度，因此处理器应该尽量避免访问主存储器。

发明内容

为了克服已有多处理器核间传输方法的在读缺失时数据回写主存储器，处理器频繁地访问主存储器、限制系统性能的不足，本发明提供一种有效避免读缺失时数据回写主存储器，有效地减少处理器访问主存储器的次数，提高系统性能的避免读缺失时数据回写的多处理器核间传输方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种避免读缺失时数据回写的多处理器核间传输方法，发起读/写操作的处理器称为本地处理器，其余处理器称为远程处理器。本地处理器中，与被访问地址具有相同索引的高速缓存副本称为对应的本地高速缓存副本；远程处理器中，与被访问地址具有相同索引和标志的高速缓存副本称为对应的远程高速缓存副本，每个高速缓存副本具有四种状态：无效状态、共享状态、独占状态、修改状态，其状态定义如下；

a．无效状态：该高速缓存副本内容无效；

b．共享状态：可能有多个处理器拥有该高速缓存有效副本，其数据不一定与主存储器中的数据一致；

c．独占状态：只有一个处理器拥有该高速缓存有效副本，其数据与主存储器中的数据一致；

d．修改状态：只有一个处理器拥有该高速缓存有效副本，其数据与主存储器中的数据不一致；

每个高速缓存副本有三位状态位：有效位、共享位、回写位，高速缓存副本状态与状态位的对应关系如下：

其中，有效位表示高速缓存副本是否为有效副本，共享位表示有效的高速缓存副本是否处于共享状态；回写位表示有效的高速缓存副本被移出高速缓存时是否需要回写主存储器，当且仅当高速缓存有效副本的回写位有效且该高速缓存有效副本被移出高速缓存时，会将该高速缓存有效副本中的数据回写主存储器；当且仅当处理器发起对本地高速缓存副本写操作时，其回写位才会被置为有效，并将本地处理器对应的高速缓存有效副本置为修改状态；