【编程底层思考】详解MESI缓存一致性协议,并生动形象的举例说明

MESI协议是一种用于多处理器系统中的缓存一致性协议,它确保了不同处理器中的缓存数据与主内存中的数据保持一致。下面我将通过一个生动的例子来详细解释MESI协议的工作原理。

MESI协议的四个状态

  1. M(Modified 修改):表示缓存行中的数据已经被修改,但还没有写回主内存。此时,只有当前处理器拥有该缓存行的副本。
  2. E(Exclusive 独占):表示缓存行中的数据是干净的(未被修改),并且只有当前处理器拥有该缓存行的副本。
  3. S(Shared 共享):表示缓存行中的数据是干净的,并且可能被多个处理器共享。所有拥有该缓存行副本的处理器中的版本都是一致的。
  4. I(Invalid 无效):表示缓存行不再包含有效数据,可能是因为数据已经被其他处理器修改,或者缓存行已经被替换。

举例说明想象一个图书馆,里面有多张桌子,每张桌子代表一个处理器,图书馆的书架代表主内存。每本书(数据)可以被多个人(处理器)阅读,但是一次只能被一个人(一个处理器)借出(修改)。

  • 初始状态:所有书都在书架上,没有被任何人借阅。这相当于MESI中的I状态。
  • 独占状态(E):假设Alice借了一本书,此时只有她有这本书的副本,其他人都不知道这本书被借走了。这相当于MESI中的E状态。
  • 共享状态(S):Bob也想看这本书,他从Alice那里得知书的内容,并且他们两人都同意共享这本书。现在,这本书对于Alice和Bob都是可见的,但没有人修改它。这相当于MESI中的S状态。
  • 修改状态(M):Alice开始在她的副本上做笔记(修改数据)。此时,她的副本是Modified状态,而Bob的副本仍然是Shared状态。Alice的副本与书架上的原始书籍不再一致。
  • 写回操作:当Alice完成笔记后,她决定将她的副本更新到书架上(写回主内存)。此时,她通知Bob她已经修改了书,Bob必须将他的副本标记为Invalid,以确保他不会使用过时的数据。
  • 一致性维护 :如果Charlie也想借这本书,他必须先检查是否有人已经修改了这本书。如果Alice的副本是Modified状态,Charlie必须等待Alice将修改写回书架,然后他才能借阅。这确保了所有处理器都使用最新和一致的数据。
    通过这个例子,我们可以看到MESI协议如何通过状态转换和处理器之间的通信来维护缓存的一致性。每个处理器都必须知道它所拥有的数据是否是最新的,以及是否需要从主内存中重新加载数据或通知其他处理器更新他们的缓存。这样,即使在多处理器环境中,数据的一致性也能得到保证。
相关推荐
打工的小王2 小时前
Redis(一)redis的下载安装与使用
数据库·redis·缓存
zhangrelay2 小时前
如何更环保(更省钱)的使用各类电子耗材/消耗品/易损件~电池为例
linux·笔记·学习
dustcell.2 小时前
高级课前复习2--RHCSA
linux·运维·服务器
胖少年2 小时前
Ubuntu 24.04 LTS apt autoremove 误删依赖致程序崩溃 解决与预防笔记
linux·笔记·ubuntu
Hello.Reader2 小时前
Flink Working Directory(FLIP-198)稳定本地恢复、RocksDB 目录与进程重启“不丢缓存”的正确姿势
spring·缓存·flink
Controller-Inversion2 小时前
k8s服务部署相关问题
linux·容器·kubernetes
梁洪飞2 小时前
使用rockchip sdk提供的uboot调通网络
linux·网络·arm开发·嵌入式硬件·arm
疯子的梦想@3 小时前
记录k8s中误安装traefik后,job与pods频繁重建,且卡住无法删除。
linux·运维·容器·kubernetes
一条大祥脚3 小时前
26.1.24 分块|排序|中位数贪心+线段树二分+聚集贪心
数据库·redis·缓存
Anastasiozzzz3 小时前
Redis脑裂问题--面试坑点【Redis的大脑裂开?】
java·数据库·redis·缓存·面试·职场和发展