Quando la cache della CPU è tornata alla memoria principale?
Se stai appena iniziando a imparare come funzionano le CPU multi-core, il caching, la coerenza della cache e la memoria, all'inizio potrebbe sembrare un po 'confuso. Con questo in mente, il post di Q & A di SuperUser di oggi ha le risposte alla domanda di un lettore curioso.
La sessione di domande e risposte di oggi ci viene fornita per gentile concessione di SuperUser, una suddivisione di Stack Exchange, un raggruppamento di siti Web di domande e risposte basato sulla comunità.
La domanda
Il lettore SuperUser CarmeloS vuole sapere quando una cache della CPU viene scaricata nella memoria principale:
Se ho una CPU con due core e ogni core ha una propria cache L1, è possibile che Core1 e Core2 memorizzino contemporaneamente la stessa parte di memoria nello stesso momento? Se è possibile, quale sarà il valore della memoria principale se sia Core1 che Core2 hanno modificato i loro valori nella cache?
Quando viene ripristinata la cache della CPU nella memoria principale?
La risposta
I contributori di SuperUser David Schwartz, sleske e Kimberly W hanno la risposta per noi. Primo, David Schwartz:
Se ho una CPU con due core e ogni core ha la sua cache L1, è possibile che Core1 e Core2 memorizzino contemporaneamente la stessa parte di memoria nello stesso tempo?
Sì, le prestazioni sarebbero terribili se questo non fosse il caso. Considera due thread che eseguono lo stesso codice. Vuoi quel codice in entrambe le cache L1.
Se è possibile, quale sarà il valore della memoria principale se sia Core1 che Core2 hanno modificato i loro valori nella cache?
Il vecchio valore sarà nella memoria principale, che non avrà importanza poiché nessuno dei due lo leggerà. Prima di espellere un valore modificato dalla cache, deve essere scritto in memoria. In genere, viene utilizzata una variante del protocollo MESI. Nell'implementazione tradizionale di MESI, se un valore viene modificato in una cache, non può essere presente in nessun'altra cache allo stesso livello.
Seguito dalla risposta di sleske:
Sì, avendo due cache nella cache può accadere la stessa regione di memoria ed è in realtà un problema che si verifica molto nella pratica. Esistono varie soluzioni, ad esempio:
- Le due cache possono comunicare per assicurarsi che non siano in disaccordo
- Puoi avere una sorta di supervisore che controlla tutte le cache e le aggiorna di conseguenza
- Ogni processore monitora le aree di memoria che ha memorizzato nella cache e quando rileva una scrittura, getta via la sua cache (ora non valida)
Il problema è chiamato coerenza della cache e l'articolo di Wikipedia sull'argomento ha una buona panoramica del problema e delle possibili soluzioni.
E la nostra risposta finale di Kimberly W:
Per rispondere alla domanda nel titolo del tuo post, dipende da cosa è il protocollo di caching. Se è write-back, la cache verrà ripristinata nella memoria principale solo quando il controller della cache non ha altra scelta che mettere un nuovo blocco cache nello spazio già occupato. Il blocco che precedentemente occupava lo spazio viene rimosso e il suo valore viene riscritto nella memoria principale.
L'altro protocollo è write-through. In tal caso, ogni volta che il blocco della cache è scritto a livello n, il corrispondente blocco a livello n + 1 è aggiornato. È simile nel concetto di compilare un modulo con carta carbone sotto; tutto ciò che scrivi sopra è copiato sul foglio sottostante. Questo è più lento perché implica ovviamente più operazioni di scrittura, ma i valori tra le cache sono più coerenti. Nello schema write-back, solo la cache di livello più alto avrebbe il valore più aggiornato per un particolare blocco di memoria.
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Immagine di credito: Lemsipmatt (Flickr)
