[发明专利]基于cache组映射的多芯片一致性监听过滤方法

说明书

本发明公布了一种基于cache组映射的多芯片一致性监听过滤方法，属于多处理器缓存系统领域。本发明利用了访问组相联cache需要读取组内信息的特点，通过将目录表的地址映射与cache的组映射对应，远程监听可以在比较地址是否相等的同时判断在远程cache是否还存在映射到目录表同一项或多项的数据，使得目录表在每一次远程监听时都可以主动探知本地数据在远程cache中的分配情况，从而加大目录表的更新频率，在使用小容量目录表的情况下实现较高的过滤精度。

技术领域

本发明提供一种多芯片一致性监听过滤方法，具体涉及一种处理监听操作的方法，属于多处理器缓存系统领域。

背景技术

在由多个CPU芯片组成的非一致性存储器访问(NUMA)系统中，每个CPU芯片上有多个处理器核以及本地的存储器控制器，所有芯片上的处理器核共享彼此的存储器空间，并实现cache一致性，即连接到每个芯片上的本地存储器的数据，可以在其他芯片上的远程cache中分配，当芯片要访问自己的本地数据时，需要通过监听操作确定在远程cache中是否存在数据的副本。但是由于芯片间的传输延迟很大，为了减少访问延迟，需要尽可能减少不必要的远程监听操作。常用的方法是每个芯片采用目录表的方式记录属于本地存储器空间的数据在远程cache中的分配情况，当本地或远程处理器核发起对本地存储器的访问时，会通过目录表确定是否需要监听远程芯片上的cache，如果从目录表中找不到这个地址在远程cache上的分配记录，则不需要进行远程监听。

由于每块芯片上都有很大的本地存储器空间，如果目录表按照cache行的粒度记录本地空间中所有地址在远程cache的分配情况，则目录表的容量会很大，难以在芯片上实现，因此需要有办法对目录表的容量进行压缩。常用的有两种方法：一种方式是增大目录表中项目覆盖的地址范围，即增大目录表的粒度，这样可以用较少的表项覆盖整个本地地址空间；还有一种方法是在目录表中只保存部分本地地址的分配情况，当目录表满而有新的地址需要保存时，会进行替换。

以上两种方法有各自的不足：第一种方法由于目录表项的粒度很大，出现很多cache行对应同一个目录表项的情况，只要其中的任何一行在远程cache中分配过，就会使得映射到目录表中的同一项的其他cache行也会产生远程监听，而这种监听显然是无效的；第二种方法由于目录表的容量有限制，不能同时保存很多cache行的记录，只能覆盖一小部分的地址，当目录表满时，需要进行替换操作才能容纳新的记录，而替换操作本身也需要进行远程监听，这就导致延迟增大。

发明内容

本发明旨在提供一种对多芯片系统中的远程监听操作进行过滤方法，以较小的芯片面积代价提供较高的过滤效果。

为了实现上述目的，本发明提供一种多芯片一致性远程监听过滤方法，包含如下步骤：

A由多个CPU芯片组成NUMA系统，该NUMA系统中，本地存储器中的数据在远程cache中保存副本，通过目录表标识被远程芯片读取过的本地地址，其实现方式：

A1每个芯片包含多个处理器核，片上cache，以及存储器控制器；

A2系统中的芯片通过片间互连连接，系统中的所有处理器核共享同一存储器空间，包括由本地存储器控制器管理的本地存储器空间和由远程芯片的存储器控制器管理的远程存储器空间；

A3远程芯片可以通过片间互连访问本地存储器，并将本地数据在远程cache中分配；

A4系统中的所有cache都为组相联cache，且采用同样的组地址映射方法；

A5每个芯片上存在本地目录表，可以记录本地存储器中的数据是否可能在远程cache中存在副本，如果确定没有副本，则对本地存储器地址的访问不需要监听远程cache；

B目录表中的目录表项与组相联cache中的组是直接映射关系，任一目录表项只唯一映射到cache的固定组中，其具体实现方法为：