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Coerência de Memórias Cache e Modelos de Consistência de Memória Renato Silva das Neves Arquitetura de Computadores Junho 2006.

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1 Coerência de Memórias Cache e Modelos de Consistência de Memória Renato Silva das Neves Arquitetura de Computadores Junho 2006

2 Sumário Motivação Motivação Coerência de Memórias Cache Coerência de Memórias Cache Conceitos iniciais Conceitos iniciais Protocolos de monitoração Protocolos de monitoração Protocolos baseados em diretório Protocolos baseados em diretório Modelos de Consistência de Memória Modelos de Consistência de Memória Conclusão Conclusão

3 Introdução Caches melhoram desempenho Caches melhoram desempenho Velocidade dos microprocessadores Velocidade dos microprocessadores Arquiteturas multiprocessadas Arquiteturas multiprocessadas Cópias de blocos distribuídas entre as caches dos processadores Cópias de blocos distribuídas entre as caches dos processadores Coerência de cache Coerência de cache Consistência de memória Consistência de memória

4 Coerência de Memórias Cache Conceitos Iniciais Software Software Análise de código pelo compilador Análise de código pelo compilador Evitam o uso de hardware especial Evitam o uso de hardware especial Pode levar a uma utilização ineficiente da cache Pode levar a uma utilização ineficiente da cache Hardware Hardware Mantém coerência em tempo de execução Mantém coerência em tempo de execução Protocolos de monitoração Protocolos de monitoração Protocolos baseados em diretórios Protocolos baseados em diretórios

5 Coerência de Memórias Cache Protocolos de Monitoração Barramento compartilhado Barramento compartilhado Broadcast Broadcast Protocolos de atualização de gravação Protocolos de atualização de gravação Protocolos de invalidação de gravação Protocolos de invalidação de gravação Write-once Write-once Berkeley Berkeley Illinois Illinois Firefly Firefly MESI MESI......

6 Coerência de Memórias Cache Protocolos de Monitoração Write OnceBerkeley Firefly Illinois

7 Coerência de Memórias Cache Protocolos de Diretório

8 Informações de compartilhamento são armazenados em diretórios Informações de compartilhamento são armazenados em diretórios Centralizado – memória centralizada Centralizado – memória centralizada Distribuído – memória distribuída Distribuído – memória distribuída Entrada de Diretório Entrada de Diretório Estado do bloco da memória / cache Estado do bloco da memória / cache Lista de compartilhadores Lista de compartilhadores Escalabilidade – muitos processadores! Escalabilidade – muitos processadores! Conexão ponto-a-ponto, sem broadcast Conexão ponto-a-ponto, sem broadcast Classificações: completamente-mapeado, limitado ou encadeado Classificações: completamente-mapeado, limitado ou encadeado

9 Coerência de Memórias Cache Protocolos de Diretório Estados: bloco compartilhado, não inserido na cache ou exclusivo Estados: bloco compartilhado, não inserido na cache ou exclusivo Falha de leitura na cache Falha de leitura na cache Bloco exclusivo de outro processador Bloco exclusivo de outro processador Realiza write-back na memória Realiza write-back na memória Estado do bloco passa a ser compartilhado Estado do bloco passa a ser compartilhado Gravação de um bloco na cache Gravação de um bloco na cache Mensagem é enviada para invalidar cópias em caches Mensagem é enviada para invalidar cópias em caches Confirmações são enviadas pelos processadores Confirmações são enviadas pelos processadores O processador requisitante agora tem acesso exclusivo ao bloco O processador requisitante agora tem acesso exclusivo ao bloco

10 Modelos de Consistência de Memória Especifica a ordem vista pelo programador Especifica a ordem vista pelo programador Leitura deve retornar o valor da última escrita Leitura deve retornar o valor da última escrita Sistemas multiprocessados: execução fora de ordem Sistemas multiprocessados: execução fora de ordem Modelos de consistência Modelos de consistência Seqüencial Seqüencial Relaxado Relaxado Escrita para leitura, escrita para escrita ou todas as ordens Escrita para leitura, escrita para escrita ou todas as ordens

11 Modelos de Consistência de Memória Exemplo: relaxamento escrita para leitura Exemplo: relaxamento escrita para leitura

12 Conclusão Coerência de memórias cache Coerência de memórias cache Abordagem de monitoração – barramento compartilhado, poucos processadores (até 32) Abordagem de monitoração – barramento compartilhado, poucos processadores (até 32) Abordagem de diretórios – conexão ponto-a-ponto, muitos processadores Abordagem de diretórios – conexão ponto-a-ponto, muitos processadores Consistência de memória Consistência de memória Execução fora de ordem Execução fora de ordem Necessidade de sincronização Necessidade de sincronização

13 Coerência de Memórias Cache e Modelos de Consistência de Memória Renato Silva das Neves Arquitetura de Computadores Junho 2006


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