MESI 缓存一致性协议

VivioJS MESI 帮助
https://www.scss.tcd.ie/Jeremy.Jones/VivioJS/caches/MESIHelp.htm

这个 VivioJS 动画旨在帮助您了解 MESI 缓存一致性协议。

描述了一个多处理器系统，包括 3 个带有本地缓存​​和主存储器的 CPU。为简单起见，主存储器包括 4 个位置 a0、a1、a2 和 a3。缓存是直接映射的，包含两个集合。偶数地址（a0 和 a2）映射到设置 0，而奇数地址（a1 和 a3）映射到设置 1。

注意：为了简化这个动画，缓存行的大小和 CPU 读/写操作的大小是相同的。但是，在写入未命中时，CPU 会读取内存，即使它会完全覆盖缓存行。这模拟了真实缓存的行为，其中缓存行的大小通常大于 CPU 读/写操作的大小。

单击图表激活动画，或单击此处查看全屏版本。

每个 CPU 都包含按钮，用于在指定的内存位置启动读取或写入事务。“CPU 写入”将递增值（最初为 1）写入“内存”。

这个想法是按下按钮，看看你是否可以跟随发生的动作和状态转换。可以通过按右上角的“无错误”按钮将错误引入动画中。看看你是否可以确定错误是什么！

地址和数据总线上的流量方向分别由蓝色和红色箭头指示。事务中涉及的缓存行和内存位置为绿色。陈旧的内存位置是灰色的。

缓存线可以处于 4 种状态之一。无效：缓存中不存在缓存行。独家：缓存行仅存在于该缓存中，并且与内存中的副本相同。MODIFIED：仅在此缓存中存在缓存行并且内存副本已过期（陈旧）。 SHARED：此缓存中的缓存行，可能还有其他缓存，所有副本与内存副本相同。对SHARED缓存线的写入是直写，而对EXCLUSIVE缓存线的写入是回写。如果高速缓存观察到它包含的地址的总线事务，它会断言共享总线线路。MESI 是一种无效缓存一致性协议。

这是缓存行的状态转换图：

尝试的示例序列 [来自 RESET]

1	CPU0：读取a0	CPU0 从内存中读取 a0 [未共享] - 状态 E
2	CPU0：读取a0	CPU0 从缓存中读取 a0 - 状态 E
3	CPU0：写a0	CPU0 仅更新缓存中的 a0 - 状态 M
4	CPU0：写a0	CPU0 仅更新缓存中的 a0 - 状态 M
5	CPU1：读取a0	CPU1读取a0，CPU0缓存干预并向缓存和内存提供数据——状态S
6	CPU1：写a0	CPU1 更新缓存和内存中的 a0，并使地址为 a0 的所有其他缓存失效 - 状态 E
7	CPU1：写a0	CPU1 仅更新缓存中的 a0 - 状态 M
8	CPU0：写a0	CPU0 读取 a0，CPU1 缓存干预并向缓存和内存（S）提供数据，然后 CPU0 写入缓存和内存中的 a0，使地址为 a0 的所有其他缓存无效 - 状态
9	CPU0：写a2	CPU0 从内存（E）中读取 a2，然后写入 a2 - 状态 M
10	CPU0：写a0	CPU0 将 a2 刷新到内存，从内存 (E) 读取 a2，然后写入 a0 - 状态 M