第四章对称多处理机系统（SMP）.doc

PAGE 1 PAGE 38 第四章 对称多处理机系统  TOC \o 1-3 第四章 对称多处理机系统  PAGEREF _Toc518015504 \h 1 4.1引言  PAGEREF _Toc518015505 \h 2 4.2高速缓存一致性问题和存储一致性模型  PAGEREF _Toc518015506 \h 3 4.2.1高速缓存一致性问题  PAGEREF _Toc518015507 \h 3 4.2.2高速缓存一致性和存储系统一致性  PAGEREF _Toc518015508 \h 4 4.3侦听高速缓存一致性协议  PAGEREF _Toc518015509 \h 6 4.3.1基本高速缓存一致性协议  PAGEREF _Toc518015510 \h 6 4.3.2三态回写无效协议（MSI）  PAGEREF _Toc518015511 \h 8 4.3.3四态回写无效协议（MESI）  PAGEREF _Toc518015512 \h 9 4.3.4四态回写更新协议（Dragon）  PAGEREF _Toc518015513 \h 11 4.4基本高速缓存一致性协议的实现  PAGEREF _Toc518015514 \h 12 4.4.1正确性要求  PAGEREF _Toc518015515 \h 12 4.4.2基本的高速缓存一致性设计  PAGEREF _Toc518015516 \h 13 4.5多级高速缓存  PAGEREF _Toc518015517 \h 17 4.5.1维护包含性  PAGEREF _Toc518015518 \h 17 4.5.2层次高速缓存一致性的传播  PAGEREF _Toc518015519 \h 18 *4.6分事务总线  PAGEREF _Toc518015520 \h 19 4.6.1基本设计  PAGEREF _Toc518015521 \h 19 4.6.2支持多级高速缓存  PAGEREF _Toc518015522 \h 22 4.7同步问题  PAGEREF _Toc518015523 \h 23 4.7.1基本问题  PAGEREF _Toc518015524 \h 23 4.7.2互斥操作  PAGEREF _Toc518015525 \h 24 4.7.3点到点事件同步  PAGEREF _Toc518015526 \h 27 4.7.4全局事件同步  PAGEREF _Toc518015527 \h 28 4.8实例分析：SGI Challenge  PAGEREF _Toc518015528 \h 29 4.8.1 SGI处理器和主存子系统  PAGEREF _Toc518015529 \h 30 4.8.2 SGI I/O子系统  PAGEREF _Toc518015530 \h 30 4.9小结  PAGEREF _Toc518015531 \h 31 习题  PAGEREF _Toc518015532 \h 31 参考文献  PAGEREF _Toc518015533 \h 33  对称多处理机SMP（Symmetric Multiprocessor）是一类最主要的共享存储的并行计算机系统，一般利用系统总线作为互连网络实现通信，它在现今的并行服务器中几乎普遍被采用，且越来越多的出现在桌面上。在本章中，首先讨论了基于总线的SMP机器设计的一些问题，主要包括高速缓存一致性问题、存储一致性模型、侦听高速缓存一致性协议；然后分别介绍了基于单级高速缓存和原子总线、多级高速缓存和分事务总线的高速缓存一致性协议的实现；最后，介绍了同步问题及一个具体实例SGI Challenge系统。 4.1引言 对称多处理机SMP（Symmetric MultiProcessor）结构在现今的并行服务器中几乎普遍采用，并且已经越来越多的出现在桌面上。同时，SMP机器也越来越多的作为一个构造模块，用来构造更大规模的系统。SMP机器为什么能得到如此广泛的应用呢？让我们来看一下这种机器结构及具有的特性。如图4.1所示，SMP系统使用商用微处理器（具有片上或外置高速缓存），它们经由高速总线（或交叉开关）连向共享存储器。这种SMP结构具有以下一些特性：①对称性：系统中任何处理器均可以对称的存取任何存储单元和I/O设备；②单一物理地址空间：所有处理器的存储单元按单一地址空间编址；③高速缓存及其一致性：多级高速缓存可支持数据局部性，而其一致性可以由硬件来实现；④低通信延