Cache-kohærens

Definition

Sammenhæng definerer opførslen af læsninger og skrivninger til den samme hukommelsesplacering. Caches er kohærente, hvis alle følgende betingelser er opfyldt:

1. Når en processor P læser en placering X efter at have skrevet til denne placering, skal P få den værdi, den skrev, hvis ingen anden processor har skrevet en anden værdi til denne placering. Dette gælder også for monoprocessorsystemer, det betyder, at hukommelsen er i stand til at bevare en skrevet værdi.
2. Hvis der er to processorer, P₁ og P₂, og P₁ har skrevet en værdi X₁, og P efterfølgende har ₂skrevet en værdi X₂, skal P, hvis den ₁læser værdien, få den værdi, som P₂ har skrevet, X₂, og ikke den værdi, som P har skrevet, X₁, hvis der ikke er andre skrivninger mellem de to processorer. Dette betyder, at hukommelsen er sammenhængende. Hvis processorer kan læse den samme gamle værdi efter P₂'s skrivning, er hukommelsen ikke kohærent.
3. Der kan kun skrives én gang ad gangen til et bestemt sted i hukommelsen. Hvis der er flere skrivninger, skal de ske efter hinanden. Med andre ord, hvis placering X har modtaget to forskellige værdier A og B i denne rækkefølge af to processorer, kan processorerne aldrig læse placering X som B og derefter læse den som A. Placering X skal ses med værdierne A og B i den rækkefølge.

Disse betingelser er defineret under forudsætning af, at læse- og skriveoperationer udføres øjeblikkeligt. Dette sker imidlertid ikke i computerhardware på grund af hukommelseslatenstid og andre aspekter af arkitekturen. Det er muligt, at en skrivning fra processor X ikke kan ses af en læsning fra processor Y, hvis læsningen foretages inden for et meget kort tidsrum efter, at skrivningen er foretaget. Hukommelseskonsistensmodellen definerer, hvornår en skrevet værdi skal kunne ses af en efterfølgende læseinstruktion fra de andre processorer.

Cache-kohærensmekanismer

• Katalogbaserede kohærensmekanismer opretholder en central mappe med cachede blokke.

• Snooping er den proces, hvor hver cache overvåger adresselinjer for adgang til hukommelsesplaceringer, der er i dens cache. Når der observeres en skriveoperation til en placering, som en cache har en kopi af, ugyldiggør cache-controlleren sin egen kopi af den snoopede hukommelsesplacering.

• Snarfing er, når en cache-controller overvåger både adresse og data i et forsøg på at opdatere sin egen kopi af en hukommelsesplacering, når en anden master ændrer en placering i hovedhukommelsen.

Distribuerede systemer med delt hukommelse efterligner disse mekanismer, så de kan opretholde konsistensen mellem hukommelsesblokke i løst koblede systemer.

De to mest almindelige typer af sammenhæng, der typisk undersøges, er Snooping og Directory-baseret sammenhæng. De har hver især deres fordele og ulemper. Snooping-protokoller har tendens til at være hurtigere, hvis der er tilstrækkelig båndbredde til rådighed, da alle transaktioner er en anmodning/svar, der ses af alle processorer. Ulempen er, at snooping ikke kan skaleres. Hver anmodning skal udsendes til alle knuder i et system. Efterhånden som systemet bliver større, må størrelsen af den (logiske eller fysiske) bus og den båndbredde, den giver, vokse. Derimod har kataloger tendens til at have længere latenstider (med en 3 hop request/forward/respondance), men bruger meget mindre båndbredde, da meddelelser er punkt til punkt og ikke udsendes. Af denne grund anvender mange af de større systemer (>64 processorer) denne type cache-kohærens.