浅析Cache多核之间的一致性MESI协议

思考:
1、为什么要学习 MESI 协议？哪里用到了？你确定真的用到了？
2、MESI 只是一个协议，总得依赖一个硬件去执行该协议吧，那么是谁来维护或执行的呢？
3、你不理解的真的是 MESI 吗，真的需要学习 MESI 吗？应该是 cache 架构吧
4、core0 和 core1 之间的一致性是 MESI？那 cluster0 和 cluster1 之间的呢？sytem1 和 sytem2 之间的呢？
5、MESI 协议中的 M、E、S、I 的比特位，都是存在哪里的？

1、系统中有哪些一致性需要维护

进入正文，我们来看现代 ARM 架构体系（DynamIQ 架构）中的 cache 层级关系图。注意 L1/L2 都在 core 中，L3 在 cluster 中。

所以从以下图中就能够直观的看到答案了：

• （1）core0、core1… 之间的一致性 需要维护
• （2）cluster0 和 cluster1 之间的 L3 Cache 一致性 需要维护
• （3）system 之间的一致性需要维护

其中，core0、core1 之间的一致性是遵从 MESI 协议，而 cluster0/cluster1 之间的一致性、多个 system 之间的一致性并没有遵从 MESI 协议。
所以本文重点介绍的，也就是 core0、core1 之间的一致性，即 MESI 协议。

2、core 硬件对 MESI 协议的支持

接下来，进入下一个问题, MESI 协议中的 M、E、S、I 的比特位都是存在哪里的？这个问题并不难，告别懒惰，多翻一翻 ARM TRM 手册就能找到答案，如下是armv9 -- cortex-A710 TRM手册中的，cache 的 TAG 里都有什么？

答案显然易见，在 Cache 的 TAG 中，有两个比特位表示了 MESI 的状态

3、MESI 协议的原理

接下来进入本文的核心，MESI 协议到底是什么？怎样维护一致性的？

(看以下图表，我就不说话了)

Events

• RH = Read Hit
• RMS = Read miss, shared
• RME = Read miss, exclusive
• WH = Write hit
• WM = Write miss
• SHR = Snoop hit on read
• SHI = Snoop hit on invalidate
• LRU = LRU replacement

Bus Transactions

• Push = Write cache line back to memory
• Invalidate = Broadcast invalidate
• Read = Read cache line from memory