LOCK-Präfix vs MESI-Protokoll?

Question

Was ist der Zweck des x86 LOCK-Präfixes, wenn das MESI-Protokoll verhindert, dass andere Kerne auf "exklusiv" -eigene Daten schreiben?

Ich bin ein wenig verwirrt zwischen dem, was LOCK bietet und was MESI bietet?

Ich verstehe, das MESI-Protokoll ist über die Gewährleistung der Kerne alle sehen einen konsistenten Zustand des Speichers, aber wie ich verstehe, verhindert es auch Kerne aus dem Speicher zu schreiben, die anderen Kern bereits schreibt?

Answer 1

Ja, du verwirrst zwei verschiedene Dinge. Das MESI-Protokoll ist ein Cache-Kohärenz-Protokoll, das sicherstellt, dass jeder Kern/Prozessor bei Anforderung die aktuellsten Daten aus dem Cache (oder Speicher) anderer Prozessoren erhält. Wenn eine Cacheline im "E" -Zustand ist, teilt dies dem anfordernden Prozessor mit, dass ein (und nur ein) anderer Prozessor eine Kopie dieser Zeile hat. Das ist alles, was es tut; der Status 'E' verhindert auf keinen Fall den Zugriff des anfordernden Prozessors auf die Daten; es gibt nur die Tatsache an, dass nur ein Prozessor eine Kopie der Daten hat (und diese Kopie ist auch konsistent mit dieser im Speicher). Wenn also ein Kern die Daten anfordert, die sich im 'E'-Zustand befinden, erhält der Kern eine Kopie davon. Die andere Kopie, die in 'E' war, wird geändert, je nachdem, ob der Kern die Kopie zum 'Schreiben' oder 'Lesen' anfordert. Wenn es zum Schreiben angefordert wird, wird die alte Kopie ungültig ('I' Zustand) und wenn es zum Lesen ist, wird die alte Kopie in den freigegebenen 'S' Zustand versetzt.

Answer 2

Das MESI-Protokoll macht die Speichercaches effektiv unsichtbar. Dies bedeutet, dass Multithread-Programme sich keine Gedanken darüber machen müssen, ob sie die alten Daten lesen oder zwei Kerne in verschiedene Teile einer Cache-Zeile schreiben und die Hälfte der einen und die andere Hälfte zum Hauptspeicher senden.

Dies hilft jedoch nicht bei Lese-Modify-Write-Operationen wie Inkrementieren, Vergleichen und Tauschen und so weiter. Das MESI-Protokoll wird nicht zwei Kerne davon abhalten, den gleichen Speicherblock zu lesen, jeder fügt einen hinzu, und dann schreibt jeder den gleichen Wert zurück und wandelt zwei Inkremente in eins um.

Auf modernen CPUs sperrt das LOCK-Präfix die Cache-Zeile, so dass die Lese-Modifiziere-Schreib-Operation logisch atomar ist. Diese sind zu stark vereinfacht, aber hoffentlich werden sie Ihnen die Idee geben.

entriegelte Schritt:

1. Acquire Cache-Zeile, gemeinsam nutzbarer ist in Ordnung. Lesen Sie den Wert.
2. Fügen Sie einen Wert zum Lesen hinzu.
3. Erwerben Cache-Zeile exklusive (wenn nicht schon E oder M) und sperren Sie es.
4. Schreiben Sie den neuen Wert in die Cachezeile.
5. Ändern Sie die Cache-Zeile, um sie zu ändern und zu entsperren.

Locked Schritt:

1. Acquire Cache-Zeile exklusiv (falls nicht bereits E oder M) und sperren.
2. Wert lesen.
3. Fügen Sie einen hinzu.
4. Schreiben Sie den neuen Wert in die Cachezeile.
5. Ändern Sie die Cache-Zeile, um sie zu ändern und zu entsperren.

Beachten Sie den Unterschied? Im entsperrten Inkrement wird die Cache-Zeile wie alle Schreibvorgänge nur während der Schreibspeicheroperation gesperrt. In dem gesperrten Inkrement wird die Cache-Zeile über den gesamten Befehl gehalten, und zwar von der Leseoperation bis zur Schreiboperation und einschließlich während der Inkrementierung selbst.

Außerdem haben einige CPUs andere Dinge als Speichercaches, die Speichersichtbarkeit beeinträchtigen können. Zum Beispiel haben einige CPUs einen Lese-Prefetcher oder einen Posted-Write-Puffer, die dazu führen können, dass Speicheroperationen außerhalb der Reihenfolge ausgeführt werden. Wo es erforderlich ist, wird ein LOCK-Präfix (oder eine äquivalente Funktionalität auf anderen CPUs) auch alles tun, was zu tun ist, um Speicherbetriebsordnungsprobleme zu behandeln.