Prefiks LOCK kontra protokół MESI?

Question

Jaki jest cel prefiksu x86 LOCK, jeśli protokół MESI uniemożliwia zapisywanie innych rdzeni do "wyłącznych" danych będących własnością prywatną?

Jestem trochę zmieszany z tym, co zapewnia LOCK i co zapewnia MESI?

Rozumiem, że protokół MESI polega na zapewnieniu, że rdzenie wszystkie widzą spójny stan pamięci, ale jak rozumiem, to także zapobiega zapisywaniu rdzeni do pamięci, do której inny rdzeń już pisze.

Answer 1

Tak, mylicie dwie różne rzeczy. Protokół MESI jest protokołem koherencji, który zapewnia, że ​​każdy rdzeń/procesor otrzymuje najbardziej aktualne dane z pamięci podręcznej innych procesorów (lub mem) na żądanie. Jeśli linia pamięci podręcznej znajduje się w stanie "E", oznacza to, że procesor żądający otrzymuje jeden (i tylko jeden) inny procesor z kopią tej linii. To wszystko, co robi; stan "E" w żaden sposób nie uniemożliwia procesorowi żądającemu dostępu do danych; po prostu stwierdza, że ​​tylko jeden procesor ma kopię danych (i ta kopia jest również zgodna z tą, która jest w pamięci). Tak więc, jeśli rdzeń zażąda danych, które są w stanie "E", rdzeń otrzyma jego kopię. Druga kopia, która była w "E", zostanie zmieniona w zależności od tego, czy rdzeń zażąda kopii "pisania" czy "czytania". Jeśli zostanie poproszony o zapisanie, stara kopia zostanie unieważniona ("I") i jeśli jest do odczytu, stara kopia zostanie umieszczona w udostępnionym stanie "S".

Answer 2

Protokół MESI sprawia, że ​​pamięci podręczne są niewidoczne. Oznacza to, że programy wielowątkowe nie muszą martwić się o rdzeń odczytywania z nich stęchłych danych lub dwóch rdzeni zapisujących do różnych części linii pamięci podręcznej i otrzymujących połowę jednego zapisu, a połowę z pozostałych wysyłanych do pamięci głównej.

Jednak nie pomaga to w operacjach read-modify-write, takich jak inkrementacja, porównywanie i wymiana itd. Protokół MESI nie zatrzyma dwóch rdzeni z każdego odczytu tej samej porcji pamięci, z których każda doda jeden do niej, a następnie każdy zapisuje tę samą wartość z powrotem, zamieniając dwie inkrementy w jedną.

W przypadku nowoczesnych procesorów, prefiks LOCK blokuje linię pamięci podręcznej, aby operacja odczytu-modyfikacji-zapisu była logiczna. Są to uproszczone, ale mam nadzieję, że dadzą ci pomysł.

Unlocked przyrost:

1. Acquire linia cache, współdzielone jest w porządku. Przeczytaj wartość.
2. Dodaj jeden do wartości do odczytu.
3. Uzyskaj wyłączność linii pamięci podręcznej (jeśli nie jest jeszcze E lub M) i zablokuj ją.
4. Napisz nową wartość do linii pamięci podręcznej.
5. Zmień linię pamięci podręcznej na zmodyfikowaną i odblokuj.

Zablokowany przyrost:

1. Acquire linia cache wyłącznym (jeśli nie już E lub M) i zablokować go.
2. Odczytać wartość.
3. Dodaj do niego.
4. Napisz nową wartość do linii pamięci podręcznej.
5. Zmień linię pamięci podręcznej na zmodyfikowaną i odblokuj.

Zauważ różnicę? W odblokowanym inkrementu linia pamięci podręcznej jest blokowana tylko podczas operacji zapisu, tak jak wszystkie zapisy. W zablokowanym inkrementu linia pamięci podręcznej jest przechowywana w całej instrukcji, od operacji odczytu do operacji zapisu i włącznie podczas samego przyrostu.

Ponadto niektóre procesory mają inne funkcje niż pamięci podręczne pamięci, które mogą wpływać na widoczność pamięci. Na przykład niektóre procesory mają prefiks odczytu lub opublikowany bufor zapisu, który może spowodować, że operacje pamięciowe będą wykonywane poza kolejnością. W razie potrzeby prefiks LOCK (lub odpowiednia funkcjonalność na innych procesorach) również wykona wszelkie czynności, które należy wykonać, aby rozwiązać problemy z zamawianiem operacji pamięci.