LOCK prefix vs Протокол MESI?

Question

Какова цель префикса x86 LOCK, если протокол MESI запрещает другим ядрам записывать «эксклюзивные» данные в любом случае?

Я немного запутался между тем, что предоставляет LOCK и что предлагает MESI?

Насколько я понимаю, протокол MESI позволяет гарантировать, что все ядра видят согласованное состояние памяти, но, как я понимаю, это также предотвращает запись сердечников в память, к которой уже написано другое ядро.

Answer 1

Да, вы смешиваете две разные вещи. Протокол MESI представляет собой протокол когерентности кэш-памяти, который гарантирует, что каждое ядро ​​/ процессор получает самые последние данные из кэша других процессоров (или памяти) по запросу. Если кешлайн находится в состоянии «E», это говорит запрашивающему процессору, что один (и только один) другой процессор имеет копию этой строки. Это все, что он делает; Состояние «E» в любом случае не позволяет запрашивающему процессору получить доступ к данным; в нем просто говорится о том, что только один процессор имеет копию данных (и эта копия также соответствует тому, что находится в памяти). Итак, если основной запрос данных, находящихся в состоянии «E», ядро ​​получит его копию. Другая копия, которая была в «E», будет изменена в зависимости от того, запрашивает ли ядро ​​копию для «записи» или «чтения». Если он запрашивается для записи, старая копия будет признана недействительной («Я»), и если она предназначена для чтения, то старая копия будет помещена в общее состояние «S».

Answer 2

Протокол MESI делает тайники памяти невидимыми. Это означает, что многопоточные программы не должны беспокоиться о том, что ядро ​​считывает устаревшие данные из них или два ядра, записывая в разные части строки кэша, и получая половину одной записи и половину другой, отправленной в основную память.

Однако это не помогает при выполнении операций чтения-изменения-записи, таких как приращение, сравнение и свопинг и т. Д. Протокол MESI не останавливает два ядра от каждого чтения одного и того же блока памяти, каждый из которых добавляет к нему один, а затем каждый записывает одно и то же значение обратно, поворачивая два шага в один.

На современных процессорах префикс LOCK блокирует линию кэша так, что операция чтения-изменения-записи логически атомарна. Они упрощены, но, надеюсь, они дадут вам эту идею.

разблокирована шаг:

1. Приобретать строки кэша, разделяемых прекрасно. Прочитайте значение.
2. Добавьте один к считываемому значению.
3. Приобретать кеш-строку эксклюзивно (если она еще не E или M) и заблокировать ее.
4. Запишите новое значение в строку кэша.
5. Измените строку кэша, чтобы изменить и разблокировать ее.

Locked прибавка:

1. Приобретать строки кэша эксклюзивные (если он еще не E или M) и зафиксировать его.
2. Прочитать стоимость.
3. Добавьте один к нему.
4. Запишите новое значение в строку кэша.
5. Измените строку кэша, чтобы изменить и разблокировать ее.

Обратите внимание на разницу? В разблокированном приращении строка кэша блокируется только во время операции записи в память, как и все записи. В заблокированном приращении строка кэша сохраняется по всей команде, полностью от операции чтения до операции записи и включающей в себя сам приращение.

Кроме того, некоторые процессоры имеют вещи, отличные от кэшей памяти, которые могут повлиять на видимость памяти. Например, у некоторых ЦП есть считыватель prefetcher или размещенный буфер записи, который может привести к тому, что операции с памятью будут выполняться не в порядке. Там, где это необходимо, префикс LOCK (или эквивалентная функциональность на других ЦП) также будет выполнять все, что необходимо для управления проблемами порядка работы с памятью.