MESI缓存协议

Question

我读到了关于MESI窥探缓存一致性协议的文章，我猜这是现代多核x86处理器中使用的协议(如果我错了，请纠正我)。现在这篇文章是在一个地方写的。

在修改状态下保存一行的缓存必须窥探(截取)所有尝试读取(从系统中所有其他缓存中读取)相应的主内存位置，并插入它所保存的数据。这通常是通过迫使read退出(即稍后重试)，然后将数据写入主内存，并将缓存行更改为共享状态来完成的。

现在我不明白的是，为什么需要在主内存中写入数据。缓存一致性不能使缓存中的内容保持同步而不进入内存(当然，除非缓存行被真正逐出)？我的意思是，如果一个内核一直在读取，而另一个内核一直在写，为什么不将数据保存在缓存内存中，并不断更新缓存中的数据呢？为什么要产生写回主内存的性能？

换句话说，核心不能读取数据，直接从写核心的缓存读取并相应地修改它们的缓存吗？

Answer 1

现在我不明白的是，为什么需要在主内存中写入数据。缓存一致性不能使缓存中的内容保持同步而不进入内存(当然，除非缓存行被真正逐出)？

这确实发生了。

我的笔记本电脑上有一个iCore 5，看起来像这样；

   M
   N
   S
  L3U
L2U L2U
L1D L1D
L1I L1I
 P   P
L L L L

M = Main memory
N = NUMA node
S = Socket
L3U = Level 3 Unified
L2U = Level 2 Unified
L1D = Level 1 Data
L1I = Level 1 Instruction
P = Processor
L = Logical core

当两个逻辑核对相同的数据进行操作时，它们不会移动到主存；它们通过L1和L2缓存进行交换。同样，当两个处理器中的核心工作时，它们通过L3缓存交换数据。除非发生驱逐，否则不会使用主内存。

但是一个简单的CPU在事情上确实不那么聪明。

Answer 2

MESI协议不允许多个缓存保持相同的modified状态。因此，如果一条缓存行被修改，并希望从其他处理器的缓存中读取，那么首先必须将其写入主存，然后再读取，这样两个处理器的缓存现在都会share这一行(共享状态)。

Answer 3

因为缓存通常不能直接写入对方(因为这将占用更多的带宽)。