38. Семантика памяти. Отслеживание изменений данных в кэш-памяти.

Семантика памяти

Строгая согласованность

Самая простая модель – строгая согласованность. В такой системе при любом считывании из адреса X всегда возвращается значение самой последней записи в X. Она может быть реализована только следующим образом: должен быть один модуль памяти, который обслуживает все запросы по мере поступления, без кэш-памяти, без дублирования данных. Что в свою очередь очень сильно замедляет работу памяти.

Согласованность по последовательности (секвенциальная состоятельность)

Согласованность по последовательности – при наличии нескольких запросов на чтение и запись аппаратное обеспечение определяет порядок всех запросов, но все процессоры наблюдают одну и ту последовательность запросов. Согласованность по последовательности гарантирует единый глобальный порядок записей, который виден всем процессорам. Если один процессор видит, что записано число 3, то и остальные процессоры видят то же самое. Согласованность по последовательности очень полезна. Если несколько событий совершаются одновременно, существует определенный порядок, в котором эти события происходят, (сам порядок может определяться случайно) и все процессоры наблюдают тот же самый порядок.

Процессорная согласованность

Процессорная согласованность – более проигрышная модель, но зато ее легче реализовать на больших мультипроцессорах.
Она имеет два свойства:

1. Все процессоры воспринимают записи любого процессора в том порядке, в котором они начинаются;
2. Все процессоры видят записи в слово памяти в том порядке, в котором они происходят.

В первом пункте говорится, что если процессор 1 начинает запись значения 1А, 1В, 1С в какое-то место в памяти именно в таком порядке, то все другие процессоры видят эти записи в таком же порядке. Второй пункт нужен, чтобы каждое слово в памяти имело определенное недвусмысленное значение после того, как процессор совершил несколько записей в это слово, а затем остановился. Все должны воспринимать последнее значение.

Слабая согласованность

При использовании модели слабой согласованности записи, произведенные одним процессором, воспринимаются не по порядку. Один процессор может увидеть 1А, 1В, а другой 1В, 1А. Чтобы внести порядок в этот хаос, в памяти содержатся элементы синхронизации или операции синхронизации. Когда выполняется синхронизация, все незаконченные записи завершаются, а новые не могут начаться пока не будут завершены все начатые и не будет проведена синхронизация.

Свободная согласованность

При свободной согласованности используется нечто похожее на критические секции программы. Идея состоит в следующем. Если процесс выходит за пределы критической области, это не значит, что все записи должны немедленно завершиться. Требуется только, чтобы все записи были завершены до того, как процесс снова войдет в эту критическую область.

В такой модели операция синхронизации разделяется на две разные операции. Чтобы считать или записать общую переменную, процессор (т.е. его ПО) сначала должно выполнить операцию acquire над переменной синхронизации, чтобы получить монопольный доступ к общим разделяемым данным. Затем процессор может использовать эти данные по своему усмотрению, а затем процессор выполняет операцию release над переменной синхронизации, чтобы показать, что он завершил работу.

Отслеживание изменений данных в кэш-памяти

Предположим, что память согласована по последовательности. Процессор 1 содержит в своей кэш-памяти строку. Процессор 2 пытается считать данные из этой же строки. Если не оговорено иное, процессор 2 получает в свою кэш-память копию строки. В этом нет ничего страшного, пока процессор 1 не внес изменения в строку кэш-памяти. В таком случае процессор 2 имеет устаревший данные, и нарушается принцип согласования данных по последовательности. Такая проблема называется непротиворечивостью кэшей. алгоритмы, позволяющие разрешить эту проблему называются протоколами когерентности кэширования. ------кэш-память с отслеживанием------стратегией обновления и стратегией признания данных недействительными