图解CPU缓存一致性问题

　　产生背景

　　　　CPU的读取速度比内存的快，一个快一个慢，就会有矛盾，就会有人想要解决这个矛盾，所以就提出多级缓存来解决，如下图所示。     

               

 　　　　L1级缓存：分为数据域和程序域。

　　　　 L2级缓存：二级缓存。

　　　　 L3级缓存：所有CPU共用。

 　　　　容量逐级越来越大，读取速度逐级降低。

　　　　 这里会产生什么问题呢，比如一个数据：x=3;

　　　　

　　　     现在X=3，存在多份，所以就存在了数据一致性。

　　解决方案

　　　　缓存一致性原则：MESI。

　　　　Modified: 已修改的

　　　　　　缓存行是dirty,与主存的值不同。如果有别的CPU内核想要读主存这块数据，该缓存行必须回写到主存，状态变成S。

　　　　Exclusive:独占的

　　　　　　缓存行只在当前缓存中，且是干净的。缓存数据等于主数据的，当别的缓存读取它的时候，状态为共享。当前写数据，变成已修改状态。

　　　　Shared: 共享的

　　　　　　缓存行也存在其他缓存且是干净的，缓存可以在任何时刻被抛弃。

　　　　Invalid:失效的

　　　　　　缓存行是失效的

　　　　上面四个状态，可以考虑在缓存行里面用两个Bit来实现即可。

　　　　上面四个缓存行的相容状态，如下图：

　　　　

　　　　 当前缓存被标记成M，其他CPU上的缓存都要变成失效状态。

　　　　 所以现在的有一种机制就是：你的缓存控制器，除了要管缓存的读写之外，还要监听到其他CPU对缓存的值修改。

　　　　

               MESI协议转换图