Koherenca predpomnilnika

Opredelitev

Koherenca opredeljuje obnašanje pri branju in pisanju na isto pomnilniško lokacijo. Predpomnilnika sta koherentna, če so izpolnjeni vsi naslednji pogoji:

1. Ko procesor P prebere lokacijo X, mora po pisanju na to lokacijo dobiti vrednost, ki jo je zapisal, če noben drug procesor na to lokacijo ni zapisal druge vrednosti. To velja tudi za enoprocesorske sisteme, to pomeni, da je pomnilnik sposoben obdržati zapisano vrednost.
2. Predpostavimo, da obstajata dva procesorja, P₁ in P₂, in da je P ₁zapisal vrednost X₁, nato pa je P ₂zapisal vrednost X₂, če P ₁prebere vrednost, mora dobiti vrednost, ki jo je zapisal P₂, X₂, in ne vrednosti, ki jo je zapisal, X₁, če med njima ni drugih zapisov. To pomeni, da je pogled na pomnilnik koherenten. Če lahko procesorji preberejo enako staro vrednost po zapisu, ki ga je opravil P₂, pomnilnik ne bi bil koherenten.
3. Na določeno mesto v pomnilniku je lahko naenkrat zapisano samo enkrat. Če je zapisov več, si morajo slediti drug za drugim. Z drugimi besedami, če je lokacija X prejela dve različni vrednosti A in B v tem vrstnem redu s strani katerih koli dveh procesorjev, procesorja nikoli ne moreta prebrati lokacije X kot B in jo nato prebrati kot A. Lokacijo X je treba videti z vrednostma A in B v tem vrstnem redu.

Ti pogoji so opredeljeni ob predpostavki, da se operacije branja in pisanja izvajajo takoj. Vendar se to v računalniški strojni opremi ne zgodi zaradi zakasnitve pomnilnika in drugih vidikov arhitekture. Pisanje procesorja X morda ne bo vidno pri branju procesorja Y, če bo branje opravljeno v zelo kratkem času po opravljenem pisanju. Model konsistentnosti pomnilnika opredeljuje, kdaj mora biti zapisana vrednost vidna v naslednjem ukazu za branje, ki ga izvedejo drugi procesorji.

Mehanizmi usklajenosti predpomnilnika

• Mehanizmi skladnosti, ki temeljijo na imeniku, vzdržujejo osrednji imenik blokov v predpomnilniku.

• Snooping je postopek, pri katerem vsak predpomnilnik spremlja naslovne vrstice za dostop do pomnilniških lokacij, ki so v njegovem predpomnilniku. Ko se opazi zapisovanje na lokacijo, katere kopijo ima predpomnilnik, kontroler predpomnilnika razveljavi svojo kopijo opazovane pomnilniške lokacije.

• Snarfing je postopek, pri katerem krmilnik predpomnilnika opazuje tako naslov kot podatke in poskuša posodobiti svojo kopijo lokacije v pomnilniku, ko drugi vodja spremeni lokacijo v glavnem pomnilniku.

Porazdeljeni sistemi deljenega pomnilnika posnemajo te mehanizme, tako da lahko vzdržujejo skladnost med bloki pomnilnika v ohlapno povezanih sistemih.

Dve najpogostejši vrsti koherence, ki se običajno preučujeta, sta Snooping in Directory-based. Vsaka ima svoje prednosti in slabosti. Če je na voljo dovolj pasovne širine, so protokoli Snooping praviloma hitrejši, saj so vse transakcije zahteva/odgovor, ki jih vidijo vsi procesorji. Pomanjkljivost je, da se snooping ne da skalirati. Vsako zahtevo je treba poslati vsem vozliščem v sistemu. Z večanjem sistema se morata povečati velikost (logičnega ali fizičnega) vodila in pasovna širina, ki jo zagotavlja. Po drugi strani imajo imeniki običajno daljše zakasnitve (z zahtevo/preposlanjem/odgovorom s tremi skoki), vendar porabijo veliko manj pasovne širine, saj so sporočila od točke do točke in se ne razširjajo. Zato veliko večjih sistemov (>64 procesorjev) uporablja to vrsto usklajenosti predpomnilnika.