[发明专利]一种基于有限数据一致性状态的服务器节点数据缓存方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机体系结构领域，尤其涉及一种基于有限数据一致性状态的服务器节点数据缓存方法。

背景技术

由于服务器处理器的互连端口数量限制，通过处理器直连的方式很难构建大规模的CC-NUMA计算机系统；因此大规模CC-NUMA计算机系统通常以节点簇（clump或node）为基本组成单位。每个节点簇由2-4个服务器处理器和1-2个节点控制器组成，节点控制器首先与各个服务器处理器互连，组成第一级互连域和cache一致性域，然后节点控制器之间直连或通过节点路由器互连构成第二级互连域和cache一致性域；通过两级域的方式可以克服处理器本身限制，从而组成大规模CC-NUMA计算机系统。另外，由于物理尺寸和硬件规模的限制，对于两级域组成的CC-NUMA服务器系统，节点内域的互连带宽和效率远高于节点间互连带宽和效率。

对于基于点到点互连方式的服务器系统，每个服务器处理器都集成内存控制器并外接内存，都在全系统空间上管理一段cache一致性内存空间，从而成为这段内存空间的根代理。根代理基于目录协议，通过目录的方式记录各个处理器对所代理的cache line数据的访问信息和一致性状态；因此对该段空间的数据访问或一致性权限请求，都必须通过以下方式连接：1）直连（如果和管理该段cache一致性空间的根处理器处于同一节点和cache一致性域）方式访问；2）或通过节点控制器、节点路由器转发到目标处理器（此时需要跨节点和跨cache一致性域访问）根代理。显然，后一种方式将导致多级跳步访问并需要两级cache一致性域逻辑转换，大大增加了访问的延迟。尤其是对远端cacheline数据的访问可能需要多次一致性操作才能完成，从而进一步降低跨节点访问的效率。

对于节点控制器，作为维护两级域cache一致性的核心装置，主要有两个功能：一是作为远端代理，代理本节点处理器对远端节点的访问（需要完成两级cache一致性域转换逻辑），此时节点控制器需要维护远端目录来记录本地处理器对远端cache line数据的访问信息和一致性状态；二是作为本地代理，代理远端节点对本节点内处理器的数据访问（需要完成两级cache一致性域转换逻辑），此时节点控制器同样需要维护本地目录来记录远端节点对本地cache line数据的访问信息和一致性状态，因此如果能在节点控制器缓存部分内存数据则可以有效降低跨节点访问的频率或访问跳步的次数，从而提升CC-NUMA架构服务器系统的性能。

对于远端代理单元，如果节点控制器芯片支持远端数据缓存机制，使本节点内处理器对远端数据访问在本地节点控制器内完成（CPU      <-> Local NC），而不需要将该请求经过多级跳步发往远端根处理器（CPU<->Local NC<->Network<->Remote Home NC<->Home CPU），从而显著提升远端数据访问性能。而对于本地代理单元，如果节点控制器芯片支持本地数据缓存机制，从而使远端节点处理器对本地根处理器的访问在本地节点控制器内完成而不需要在本地节点跨越cache一致性域到达根处理器，从而降低访问跳步数并消除本地节点跨cache一致性域处理延迟，提升远端处理器对本地数据的访问性能。

同时，节点控制器缓存的数据cache一致性状态情况对节点控制器性能有一定的影响，若缓存的数据状态为修改状态，如果节点内处理器有该修改状态数据副本，则很可能还会再次被修改，从而使得节点数据缓存中该数据不是最新值，导致数据失效问题，这一方面降低节点数据缓存的有效性，另一方面则要求增加额外的逻辑判断缓存的修改状态数据的实效性。另外，由于节点数据缓存容量有限，即使节点缓存的修改状态数据是最新副本，也可能被替换，在替换过程中需要复杂的逻辑确保该修改状态数据被写回根处理器，同时确保新数据被正确写入，此时系统逻辑很可能需要串行执行，从而降低系统的效率。因此，节点控制器需要对缓存数据的一致性状态做出选择，选择合适的cache一致性状态的数据尤为重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于有限数据一致性状态的服务器节点数据缓存方法，其主要是针对现有跨节点访问内存高延迟问题，提供一种新的解决方案，在多节点CC-NUMA架构服务器系统的应用中有较好的使用效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于有限数据一致性状态的服务器节点数据缓存方法，包括如下步骤：

1）发出访存信息，判断访存地址索引匹配是否正确，且数据一致性权限是否满足访问要求；