大家好，我是小林。我之前寫過 CPU 緩存一致性 MESI 協(xié)議：10 張圖打開 CPU 緩存一致性的大門。 然后期間挺多人對(duì) MESI 協(xié)議的轉(zhuǎn)換有疑問，其實(shí)我在文章中把 MESI 協(xié)議狀態(tài)切換的各個(gè)過程都總結(jié)成了一個(gè)表格，可能內(nèi)容太多，很多小伙伴沒有仔細(xì)看。就在昨天，我發(fā)現(xiàn)個(gè)可以「在線體驗(yàn)?MESI?協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換」過程的網(wǎng)站，地址如下：https://www.scss.tcd.ie/Jeremy.Jones/VivioJS/caches/MESIHelp.htm 我先給大家復(fù)習(xí)下 MESI 協(xié)議，然后再跟大家講一些這個(gè)網(wǎng)站怎么用。
MESI 協(xié)議
MESI 協(xié)議其實(shí)是 4 個(gè)狀態(tài)單詞的開頭字母縮寫，分別是：
Modified，已修改
Exclusive，獨(dú)占
Shared，共享
Invalidated，已失效
這四個(gè)狀態(tài)來標(biāo)記 Cache Line 四個(gè)不同的狀態(tài)?！敢研薷摹?fàn)顟B(tài)就是我們前面提到的臟標(biāo)記，代表該 Cache Block 上的數(shù)據(jù)已經(jīng)被更新過，但是還沒有寫到內(nèi)存里。而「已失效」?fàn)顟B(tài)，表示的是這個(gè) Cache Block 里的數(shù)據(jù)已經(jīng)失效了，不可以讀取該狀態(tài)的數(shù)據(jù)?！釜?dú)占」和「共享」?fàn)顟B(tài)都代表 Cache Block 里的數(shù)據(jù)是干凈的，也就是說，這個(gè)時(shí)候 Cache Block 里的數(shù)據(jù)和內(nèi)存里面的數(shù)據(jù)是一致性的?！釜?dú)占」和「共享」的差別在于，獨(dú)占狀態(tài)的時(shí)候，數(shù)據(jù)只存儲(chǔ)在一個(gè) CPU 核心的 Cache 里，而其他 CPU 核心的 Cache 沒有該數(shù)據(jù)。這個(gè)時(shí)候，如果要向獨(dú)占的 Cache 寫數(shù)據(jù)，就可以直接自由地寫入，而不需要通知其他 CPU 核心，因?yàn)橹挥心氵@有這個(gè)數(shù)據(jù)，就不存在緩存一致性的問題了，于是就可以隨便操作該數(shù)據(jù)。另外，在「獨(dú)占」?fàn)顟B(tài)下的數(shù)據(jù)，如果有其他核心從內(nèi)存讀取了相同的數(shù)據(jù)到各自的 Cache ，那么這個(gè)時(shí)候，獨(dú)占狀態(tài)下的數(shù)據(jù)就會(huì)變成共享狀態(tài)。那么，「共享」?fàn)顟B(tài)代表著相同的數(shù)據(jù)在多個(gè) CPU 核心的 Cache 里都有，所以當(dāng)我們要更新 Cache 里面的數(shù)據(jù)的時(shí)候，不能直接修改，而是要先向所有的其他 CPU 核心廣播一個(gè)請(qǐng)求，要求先把其他核心的 Cache 中對(duì)應(yīng)的 Cache Line 標(biāo)記為「無效」?fàn)顟B(tài)，然后再更新當(dāng)前 Cache 里面的數(shù)據(jù)。事實(shí)上，整個(gè) MESI 的狀態(tài)可以用一個(gè)有限狀態(tài)機(jī)來表示它的狀態(tài)流轉(zhuǎn)。還有一點(diǎn)，對(duì)于不同狀態(tài)觸發(fā)的事件操作，可能是來自本地 CPU 核心發(fā)出的廣播事件，也可以是來自其他 CPU 核心通過總線發(fā)出的廣播事件。下圖即是 MESI 協(xié)議的狀態(tài)圖：MESI 協(xié)議的四種狀態(tài)之間的流轉(zhuǎn)過程，我匯總成了下面的表格，你可以更詳細(xì)的看到每個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的原因：
網(wǎng)站體驗(yàn)
接下來說說，怎么玩這個(gè)網(wǎng)站。 看上圖，共分為三個(gè)部分：
第一部分，內(nèi)存。顯示內(nèi)存地址和數(shù)據(jù)；
第二部分，CPU 緩存。顯示 CPU 緩存的變量數(shù)據(jù)和 MESI 協(xié)議狀態(tài)，因?yàn)槲椰F(xiàn)在還沒開始操作，所以顯示的是空白。
第三部分，CPU 操作。共有三個(gè) CPU，每個(gè) CPU 都有各自的 Cache，CPU 操作分別「讀」和「寫」，這部分是我們手動(dòng)操作的部分。
其他狀態(tài)的變更，我在這里就不介紹了，大家自己去網(wǎng)站體驗(yàn)下，這樣會(huì)感觸比較深，光聽我講也記不住。可以對(duì)照我文章中 MESI 狀態(tài)轉(zhuǎn)換的表格來做實(shí)驗(yàn)，感受下 MESI 狀態(tài)到底是如何在不用加鎖的情況下，是如何實(shí)現(xiàn) CPU 緩存一致性的。我也把網(wǎng)站地址附在了「閱讀原文」，點(diǎn)擊即可訪問。
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