專利名稱：支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)請求方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種支持高速緩存一致的片上網(wǎng) 絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)請求方法。
背景技術(shù)：
進(jìn)入單芯片十億晶體管的時(shí)代后，體系結(jié)構(gòu)研究的重點(diǎn)已從如何利用有限資源實(shí) 現(xiàn)所需功能逐步轉(zhuǎn)向如何充分利用不斷增長的晶體管資源設(shè)計(jì)滿足高性能、低功耗等要求 的處理器。多核處理器(Multicore processors)為有效利用這些晶體管資源提供了一種 高效、可擴(kuò)展的方案，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的熱捧。一顆芯片上將集成多個(gè)(Multic0re) 或眾多個(gè)(Manyc0re)處理器核，即大規(guī)模多核處理器。大規(guī)模多核處理器面臨的主要挑戰(zhàn) 是設(shè)計(jì)復(fù)雜性、擴(kuò)展性和存儲訪問延遲等。隨著多核處理器規(guī)模的增大，需要片上存儲系統(tǒng)為其提供大量的數(shù)據(jù)。出于降低 存儲訪問延遲以及降低編程復(fù)雜性的考慮，多核處理器通常采用共享Cache的片上存儲系 統(tǒng)。由于處理器核中通常包含私有Cache，在多核處理器中，必須使用Cache —致性協(xié)議來 維護(hù)私有Cache中數(shù)據(jù)的一致性和完整性。隨著多核處理器規(guī)模的擴(kuò)大，總線結(jié)構(gòu)以及基 于總線的偵聽一致性協(xié)議已無法滿足擴(kuò)展性的要求。為了解決這個(gè)問題，片上網(wǎng)絡(luò)和目錄 的一致性協(xié)議被用來替代總線和偵聽協(xié)議。目錄一致性協(xié)議是多核處理器的一種基本的通訊機(jī)制，保證了多核處理器中數(shù)據(jù) 的一致性和完整性，其實(shí)現(xiàn)與多個(gè)部件有關(guān)1、處理器核在處理器核中維護(hù)私有Cache的一致性狀態(tài)；2、共享Cache 在共享Cache中保存和維護(hù)目錄信息；3、片上網(wǎng)絡(luò)片上網(wǎng)絡(luò)為一致性操作提供傳輸服務(wù)。由于目錄一致性協(xié)議與處理器、共享Cache和片上網(wǎng)絡(luò)都緊密相關(guān)，增加了多核 處理器設(shè)計(jì)的難度。異構(gòu)多核處理器由于性能和功耗的優(yōu)勢，在工業(yè)界得到了廣泛應(yīng)用，如IBM公司 的Cell處理器，AMD公司的Bulldozer處理器等。但是異構(gòu)多核處理器中不同處理器核之 間存在一致性協(xié)議的不兼容問題，有的支持一致性協(xié)議，有的不支持一致性協(xié)議。如IBM公 司的 PowerPC 755 處理器支持MEI (modified，exclusive，and invalid)協(xié)議，INTEL 公司的 IA-32 系列處理器支持 MESI (modified, exclusive, shared, and invalid)協(xié)議，SUN 公司的 Ultrasparc 處理器支持MOESI (exclusive modified, shared modified, exclusive clean, shared clean, andinvalid)協(xié)議，AMD 64 系列支持 MOESI (modified, owned, exclusive, shared,and invalid)協(xié)議，但與Ultrasparc處理器所支持的MOESI協(xié)議有很大差異。TI 公司的DSP提供了維護(hù)處理器與二級緩存之間一致性的簡單功能。一些嵌入式處理器如 MIPS 4K系列，ARM 7系列等處理器雖然包含私有Cache，但不支持一致性協(xié)議。大部分專 用處理器和硬件加速部件也不支持一致性協(xié)議。不兼容的一致性協(xié)議使異構(gòu)多核處理器設(shè) 計(jì)異常困難。
由于一致性協(xié)議與處理器、共享Cache以及片上網(wǎng)絡(luò)都緊密相關(guān)，特別是異構(gòu)多 核處理器中不兼容的一致性協(xié)議，使得在設(shè)計(jì)新的多核處理器時(shí)，各個(gè)部件都需要為維護(hù) 一致性而重新設(shè)計(jì)，降低了部件的可重用性，增加了設(shè)計(jì)的難度。隨著多核處理器規(guī)模的擴(kuò)大，目錄一致性協(xié)議存在嚴(yán)重的擴(kuò)展性問題。在基于目 錄的一致性協(xié)議中，目錄的存儲會占用一部分片上資源。以全目錄一致性協(xié)議為例，當(dāng)數(shù)據(jù) 塊的大小為64B時(shí)，16核多核處理器中目錄的存儲開銷占二級緩存存儲開銷的3%;增加到 64核時(shí)，目錄存儲開銷的比例增加到12. 5%;增加到512核時(shí)，目錄存儲開銷的比例增加到 50%。目錄一致性協(xié)議中的目錄存儲開銷不僅增加芯片面積和成本，還增加了系統(tǒng)的功耗， 嚴(yán)重影響了多核處理器的擴(kuò)展性。在目錄一致性協(xié)議中，目錄通常保存在最后一級Cache (如兩級Cache結(jié)構(gòu)中的二 級緩存)中，二級緩存中的每一個(gè)數(shù)據(jù)塊都維護(hù)一個(gè)目錄向量，用以跟蹤緩存該數(shù)據(jù)塊的 處理器。處理器的所有缺失請求都需要到宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存中查找目錄信息，并執(zhí)行相 應(yīng)的一致性操作。隨著處理器規(guī)模的擴(kuò)大，對目錄的訪問延遲也隨之增大，嚴(yán)重影響多核處 理器的性能。目錄一致性協(xié)議也是大規(guī)模多核處理器的性能瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是多核處理器中一致性協(xié)議所帶來的設(shè)計(jì)復(fù)雜、目錄難 以擴(kuò)展以及訪問延遲較大的問題(二)技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包 括網(wǎng)絡(luò)接口部件，所述網(wǎng)絡(luò)接口部件連接路由器，并連接多核處理器和二級緩存，在所述 網(wǎng)絡(luò)接口部件中增設(shè)有與多核處理器相連的一致性狀態(tài)緩存，所述一致性狀態(tài)緩存用于保 存并維護(hù)多核處理器的每個(gè)核的一級緩存中數(shù)據(jù)塊的一致性狀態(tài)。其中，所述一致性狀態(tài)緩存包括一致性狀態(tài)存儲器，具有與所述一級緩存相同的存儲行，用于保存所述一級緩存 中數(shù)據(jù)塊的一致性狀態(tài)；處理器接口，連接所述多核處理器，用于從不同類型處理器核的總線請求中分離 出一致性狀態(tài)緩存所需要的請求信號，并把一致性狀態(tài)緩存對多核處理器的回應(yīng)或請求信 號轉(zhuǎn)換成多核處理器可以識別的信號；一致性協(xié)議控制器，用于當(dāng)多核處理器的一級緩存訪問缺失請求或回應(yīng)消息經(jīng)過 網(wǎng)絡(luò)接口部件時(shí)，通過所述處理器接口獲取該訪問缺失請求或回應(yīng)消息，從中分離出地址 標(biāo)簽，并維護(hù)相應(yīng)的一致性狀態(tài)。其中，所述網(wǎng)絡(luò)接口部件中還增設(shè)有與二級緩存相連的活躍目錄緩存，用于緩存 和維護(hù)二級緩存中經(jīng)常被所述一級緩存訪問的數(shù)據(jù)塊的目錄信息。其中，所述活躍目錄緩存包括目錄存儲器，用于緩存二級緩存中經(jīng)常被所述一級緩存訪問的數(shù)據(jù)塊的目錄信 息包括所述數(shù)據(jù)塊的地址標(biāo)簽、目錄狀態(tài)和目錄向量；二級緩存接口，連接二級緩存，用于將多核處理器的訪問缺失請求發(fā)送給所述二級緩存，或?qū)⒍壘彺娴幕貞?yīng)信號返回給活躍目錄緩存；目錄控制器，用于通過二級緩存接口獲取多核處理器對二級緩存的訪問請求，并 查找目錄存儲器中的目錄信息，然后根據(jù)請求的類型決定是否向本地二級緩存發(fā)送該訪問 請求。本發(fā)明還提供了一種利用上述的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請求方法，包括以下步驟Sl 請求節(jié)點(diǎn)的一致性協(xié)議控制器捕獲所述請求節(jié)點(diǎn)處理器的一級緩存訪問缺失 請求，S2:所述請求節(jié)點(diǎn)的一致性協(xié)議控制器在一致性狀態(tài)存儲器中查找所述缺失請求 的地址標(biāo)簽，并根據(jù)相應(yīng)的一致性狀態(tài)向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出數(shù)據(jù)請求；S3:所述宿主節(jié)點(diǎn)路由器的網(wǎng)絡(luò)接口部件中活躍目錄緩存的目錄控制器捕獲所述 數(shù)據(jù)請求，并在該目錄存儲器中查找所述數(shù)據(jù)請求對應(yīng)的目錄信息，然后根據(jù)請求類型決 定是否向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)送所述數(shù)據(jù)請求；S4:所述宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存根據(jù)所述數(shù)據(jù)請求向請求節(jié)點(diǎn)處理器返回消息，在 經(jīng)過請求節(jié)點(diǎn)的路由器時(shí)，該路由器的一致性協(xié)議控制器捕獲該消息，并根據(jù)消息類型改 變或保持一致性狀態(tài)緩存中所述地址標(biāo)簽的地址中存儲數(shù)據(jù)的一致性狀態(tài)，并把消息中包 含的請求數(shù)據(jù)返回給請求節(jié)點(diǎn)處理器。其中，所述步驟S2具體包括當(dāng)所述缺失請求為讀請求操作在請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存的一致性狀態(tài)存儲器中為該請求地址 分配一個(gè)緩存行，并把一致性狀態(tài)設(shè)為臨時(shí)狀態(tài)IS，同時(shí)向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存轉(zhuǎn)發(fā)該請 求，所述臨時(shí)狀態(tài)IS表示讀請求還沒有完成，等待該二級緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)；寫請求操作如果請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存不命中，則為該地址分配一個(gè)緩存 行，并把一致性狀態(tài)設(shè)為臨時(shí)狀態(tài)IM，并向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存轉(zhuǎn)發(fā)該寫請求，所述臨時(shí)狀 態(tài)IM表示寫請求還沒有完成，等待該二級緩存的寫回應(yīng)；如果請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存 命中且處于共享狀態(tài)，則把一致性狀態(tài)設(shè)為IM狀態(tài)，并向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)送寫更新 請求；如果請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存命中且處于修改狀態(tài)，則直接向請求節(jié)點(diǎn)處理器返 回寫回應(yīng)信號，一致性狀態(tài)緩存中的狀態(tài)不改變；更新請求操作將請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存中的一致性狀態(tài)設(shè)為IM狀態(tài)，然后 向宿主節(jié)點(diǎn)發(fā)送更新請求；替換和寫回請求操作請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存直接把該請求轉(zhuǎn)發(fā)給宿主節(jié)點(diǎn) 的二級緩存；替換操作當(dāng)請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存由于容量沖突發(fā)生替換操作時(shí)，則向請 求節(jié)點(diǎn)處理器發(fā)出無效信號，請求節(jié)點(diǎn)處理器的私有一級緩存則會根據(jù)其狀態(tài)向宿主節(jié)點(diǎn) 發(fā)出無效回應(yīng)或?qū)懟叵ⅲ埱蠊?jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存接收到請求節(jié)點(diǎn)處理器的無效回應(yīng) 或?qū)懟叵⒑?，向宿主?jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出替換或?qū)懟卣埱?，等到收到宿主?jié)點(diǎn)的替換回 應(yīng)或?qū)懟鼗貞?yīng)消息后，把該緩存行從請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存中刪除。其中，所述步驟S3具體包括當(dāng)所述缺失請求為讀請求操作如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存命中，在活躍目錄信息的目錄向量中 加入請求節(jié)點(diǎn)的位置，如果目錄狀態(tài)處于共享狀態(tài)，則向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀數(shù) 據(jù)請求，得到二級緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)后，把該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器；如果目錄狀態(tài)處于修改狀態(tài)，則向擁有該數(shù)據(jù)的共享節(jié)點(diǎn)發(fā)出降級寫回請求，目錄控制器接收到寫回的數(shù) 據(jù)時(shí)，把寫回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器，并把該數(shù)據(jù)寫回該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存，目 錄狀態(tài)變?yōu)楣蚕頎顟B(tài)；如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存缺失，則在活躍目錄緩存中添加目錄 項(xiàng)，然后向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀請求，得到緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)后，把請求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā) 給請求節(jié)點(diǎn)的處理器，目錄狀態(tài)變?yōu)楣蚕頎顟B(tài)；寫請求操作如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存命中且處于共享狀態(tài)，則向所有共享 節(jié)點(diǎn)的處理器發(fā)出無效信號，并向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀請求，目錄控制器收集到 所有的無效回應(yīng)消息后，將相應(yīng)的共享節(jié)點(diǎn)的位置從目錄向量中刪除，把從二級緩存返回 的數(shù)據(jù)回應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器，把宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存的目錄狀態(tài)改變?yōu)樾薷?狀態(tài)，在目錄向量中加入請求節(jié)點(diǎn)的位置；如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存處于修改狀態(tài)，則 向共享節(jié)點(diǎn)的處理器發(fā)出無效并寫回請求，目錄控制器收到寫回的數(shù)據(jù)時(shí)，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位 置從目錄向量中刪除，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)，在目錄向量中加入請求節(jié)點(diǎn)的位置；如果宿 主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存不命中，則在活躍目錄緩存中添加目錄項(xiàng)，向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩 存發(fā)出讀請求，得到二級緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)后，把請求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)，目錄狀態(tài)變?yōu)?修改狀態(tài)，在目錄向量中加入請求節(jié)點(diǎn)的位置；替換請求操作將待替換的請求節(jié)點(diǎn)位置從宿主節(jié)點(diǎn)的目錄向量中刪除，并向該 請求節(jié)點(diǎn)返回替換回應(yīng)信號，如果是唯一的共享節(jié)點(diǎn)，則把該目錄向量從宿主節(jié)點(diǎn)的活躍 目錄緩存中刪除；寫回請求操作將節(jié)點(diǎn)位置從宿主節(jié)點(diǎn)的目錄向量中刪除，把數(shù)據(jù)寫回到該宿主 節(jié)點(diǎn)的二級緩存，并向請求節(jié)點(diǎn)返回寫回回應(yīng)信號，把該目錄向量從宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄 緩存中刪除；替換操作宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存由于容量沖突而發(fā)生替換時(shí)，向所有共享節(jié) 點(diǎn)發(fā)出無效請求，如果該目錄存儲器的目錄狀態(tài)處于共享狀態(tài)，則目錄控制器收集到所有 的無效回應(yīng)后，把該目錄向量從活躍目錄緩存中刪除；如果該目錄存儲器目錄狀態(tài)處于修 改狀態(tài)，則目錄控制器收到寫回的數(shù)據(jù)后，把該數(shù)據(jù)寫回到該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存中，然后 刪除該數(shù)據(jù)對應(yīng)的目錄向量；接收到宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存的無效請求時(shí)，如果該節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存不命中， 則直接向二級緩存返回?zé)o效回應(yīng)信號，如果活躍目錄緩存命中，則進(jìn)行活躍目錄緩存的替 換操作，替換操作完成后，向二級緩存返回?zé)o效回應(yīng)信號或?qū)懟匦盘?，把目錄向量從活躍目 錄緩存中刪除。其中，所述步驟S4具體包括當(dāng)所述缺失請求對應(yīng)的回應(yīng)操作為讀回應(yīng)操作將請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存的IS狀態(tài)改變?yōu)楣蚕頎顟B(tài)，并向請求 節(jié)點(diǎn)處理器返回?cái)?shù)據(jù)；寫回應(yīng)和更新回應(yīng)操作將請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存的IM狀態(tài)改變?yōu)樾薷臓?態(tài)，并向請求節(jié)點(diǎn)處理器返回寫回應(yīng)或更新回應(yīng)；替換回應(yīng)和寫回回應(yīng)操作刪除請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存中該地址所在的緩存 行，并把回應(yīng)信號轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)處理器；無效請求操作請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存接收到來自宿主節(jié)點(diǎn)二級緩存的無效 請求時(shí)，直接轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)處理器；
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無效回應(yīng)操作請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存接收到來自請求節(jié)點(diǎn)處理器的無效回 應(yīng)信號時(shí)，刪除對應(yīng)的緩存行，并把無效回應(yīng)信號轉(zhuǎn)發(fā)宿主節(jié)點(diǎn)。(三)有益效果本發(fā)明提出的支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通過在片上網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接口部 件中集成一致性狀態(tài)緩存和活躍目錄緩存，把一致性維護(hù)工作從處理器中分離出來，把目 錄維護(hù)工作從二級緩存中分離出來，并且取消了二級緩存中的目錄結(jié)構(gòu)，簡化了多核處理 器的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過程，降低了芯片的存儲及延時(shí)開銷，提高了多核處理器的性能。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中一致性狀態(tài)緩存結(jié) 構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中活躍目錄緩存的結(jié) 構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例的利用上述的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請求方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。在多核處理器中，緩存一致性協(xié)議的操作是通過片上網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。多核處理器?私有緩存(一級緩存)缺失請求通過網(wǎng)絡(luò)接口部件發(fā)送到片上網(wǎng)絡(luò)中，回應(yīng)信息也通過片 上網(wǎng)絡(luò)傳輸給請求節(jié)點(diǎn)的路由器，再通過網(wǎng)絡(luò)接口部件返回給多核處理器。對共享二級緩 存中目錄以及數(shù)據(jù)的訪問也是通過網(wǎng)絡(luò)接口部件傳輸?shù)摹９蚕矶壘彺鎸Χ嗪颂幚砥鞯幕?應(yīng)消息以及對私有緩存的無效消息通過網(wǎng)絡(luò)接口部件注入到片上網(wǎng)絡(luò)，傳輸給相應(yīng)的多核 處理器。網(wǎng)絡(luò)接口部件可以獲取系統(tǒng)中的所有一致性協(xié)議操作，并做出進(jìn)一步的處理。為了把一致性狀態(tài)維護(hù)工作從處理器中分離出來，本發(fā)明在網(wǎng)絡(luò)接口部件中增加 了一個(gè)一致性狀態(tài)緩存，如圖1所示，所述一致性狀態(tài)緩存用于保存并維護(hù)本地私有一級 緩存中數(shù)據(jù)塊的一致性狀態(tài)，而多核處理器的一級緩存按自己的方式工作，不必關(guān)心一致 性維護(hù)工作。通過一致性狀態(tài)緩存，實(shí)現(xiàn)了一致性協(xié)議與處理器的分離，兼容具有不同一致 性協(xié)議的多核處理器。如圖2所示，上述一致性狀態(tài)緩存包括一致性狀態(tài)存儲器，具有與所述一級緩存相同的存儲行，存儲行中的存儲有一級 緩存的地址標(biāo)簽和一致性狀態(tài)，用于保存所述一級緩存中數(shù)據(jù)塊的一致性狀態(tài)。處理器接口，連接所述多核處理器，用于從不同類型處理器核的總線請求中分離 出一致性狀態(tài)緩存所需要的請求信號，并把一致性狀態(tài)緩存對多核處理器的回應(yīng)或請求信 號轉(zhuǎn)換成多核處理器可以識別的信號。一致性協(xié)議控制器，用于當(dāng)多核處理器的一級緩存訪問缺失請求或回應(yīng)消息經(jīng)過 網(wǎng)絡(luò)接口部件時(shí)，通過所述處理器接口獲取該訪問請求或回應(yīng)消息，從中分離出地址標(biāo)簽， 并維護(hù)相應(yīng)的一致性狀態(tài)。
為了把目錄存儲和維護(hù)工作從二級緩存中分離出來，網(wǎng)絡(luò)接口部件中還增設(shè)有與 二級緩存相連的活躍目錄緩存，如圖1所示，活躍目錄緩存用于緩存和維護(hù)二級緩存中經(jīng) 常被一級緩存訪問的數(shù)據(jù)塊的目錄信息。同時(shí)取消二級緩存中的目錄存儲空間和目錄維護(hù) 工作?；钴S目錄緩存降低了目錄存儲開銷，實(shí)現(xiàn)了一致性協(xié)議與二級緩存的分離?；钴S目 錄緩存也降低了目錄訪問延遲，使系統(tǒng)的性能有所提高。如圖3所示，上述活躍目錄緩存包括目錄存儲器，用于緩存二級緩存中經(jīng)常被所述一級緩存訪問的數(shù)據(jù)塊的目錄信 息，每個(gè)存儲行由所述數(shù)據(jù)塊的地址標(biāo)簽、目錄狀態(tài)和目錄向量等組成。目錄向量的目的是 跟蹤緩存該地址的一級緩存的位置。目錄向量中為每一個(gè)包含私有一級緩存的處理器核保 留一個(gè)共享位。二級緩存接口，連接二級緩存，多核處理器的缺失請求在訪問活躍目錄緩存后，用 于將多核處理器的訪問缺失請求發(fā)送給所述二級緩存，或?qū)⒍壘彺娴幕貞?yīng)信號返回給活 躍目錄緩存。目錄控制器，用于通過二級緩存接口獲取多核處理器對二級緩存的訪問請求，并 查找目錄存儲器中的目錄信息，然后根據(jù)請求的類型決定是否向本地二級緩存發(fā)送該訪問 請求。相對于傳統(tǒng)的片上網(wǎng)絡(luò)，在支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中增加了一致 性狀態(tài)緩存和活躍目錄緩存。它們都實(shí)現(xiàn)在片上網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)接口部件中。一致性狀態(tài)緩 存是路由器與處理器的接口，活躍目錄緩存是路由器與二級緩存的接口。一致性狀態(tài)維護(hù) 和目錄維護(hù)工作分別由一致性狀態(tài)緩存和活躍目錄緩存完成。網(wǎng)絡(luò)接口部件的主要功能是 對發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行打包以及對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行解包處理。一致性狀態(tài)緩存和活躍目錄緩存 與網(wǎng)絡(luò)接口的打包和解包部件并行工作，掩藏了一致性狀態(tài)緩存和活躍目錄緩存的訪問延 遲。這樣的設(shè)計(jì)沒有改變路由器的結(jié)構(gòu)，對拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由算法都沒有影響，增加了支持高 速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性和靈活性。本發(fā)明支持多核處理器和二級緩存通過支 持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)直接連接到片上網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)多核處理器的無縫集成，一 致性協(xié)議對多核處理器和二級緩存是透明的。本發(fā)明還公開了一種利用上述的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請求方法，該方法可以使請求節(jié)點(diǎn)的 處理器向網(wǎng)絡(luò)上的宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存請求數(shù)據(jù)，所述請求節(jié)點(diǎn)是指發(fā)出數(shù)據(jù)請求的處理 器所在的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)，所述宿主節(jié)點(diǎn)是指保存該數(shù)據(jù)的二級緩存所在的網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)節(jié) 點(diǎn)。如圖4所示，包括步驟S401，所述請求節(jié)點(diǎn)的一致性協(xié)議控制器捕獲所述請求節(jié)點(diǎn)處理器的一級緩 存訪問缺失請求。步驟S402，所述請求節(jié)點(diǎn)的一致性協(xié)議控制器在一致性狀態(tài)存儲器中查找所述缺 失請求的地址標(biāo)簽，并根據(jù)相應(yīng)的一致性狀態(tài)向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出數(shù)據(jù)請求。步驟S403，所述宿主節(jié)點(diǎn)路由器的網(wǎng)絡(luò)接口部件中活躍目錄緩存的目錄控制器捕 獲所述數(shù)據(jù)請求，并在所述目錄存儲器中查找所述數(shù)據(jù)請求對應(yīng)的目錄信息，然后根據(jù)請 求類型決定是否向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)送所述數(shù)據(jù)請求。步驟S404，所述宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存根據(jù)所述數(shù)據(jù)請求向所述請求節(jié)點(diǎn)處理器返 回消息，在經(jīng)過請求節(jié)點(diǎn)的路由器時(shí)，該路由器的一致性協(xié)議控制器捕獲該消息，并根據(jù)消息類型改變或保持一致性狀態(tài)緩存中所述地址標(biāo)簽的地址中存儲數(shù)據(jù)的一致性狀態(tài)，并把 消息中包含的請求數(shù)據(jù)返回給請求節(jié)點(diǎn)處理器。本發(fā)明的片上網(wǎng)系統(tǒng)工作原理如下上述支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，處理器的存儲訪問缺失請求經(jīng)過網(wǎng)絡(luò) 接口部件時(shí)，進(jìn)入一致性狀態(tài)緩存。一致性協(xié)議控制器首先在一致性狀態(tài)緩存中查找一級 緩存請求地址的地址標(biāo)簽，并根據(jù)相應(yīng)的一致性狀態(tài)信息，向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出請 求。如果一致性狀態(tài)緩存中沒有該地址標(biāo)簽，則添加該地址標(biāo)簽。二級緩存返回給該多核 處理器的回應(yīng)消息被一致性協(xié)議控制器截獲，一致性協(xié)議控制器根據(jù)回應(yīng)消息的類型，改 變或維持一致性狀態(tài)緩存中的一致性狀態(tài)，同時(shí)，把請求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給多核處理器，完成一 次處理器缺失訪問操作。二級緩存對多核處理器的數(shù)據(jù)塊無效請求以及多核處理器的無效 回應(yīng)消息也被一致性協(xié)議控制器截獲，并對一致性狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的改變。具體的一致性協(xié) 議操作如下讀請求操作在請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存的一致性狀態(tài)存儲器中為該請求地址 分配一個(gè)緩存行，并把一致性狀態(tài)設(shè)為IS狀態(tài)(IS是一種臨時(shí)狀態(tài)，表示讀請求還沒有完 成，等待該二級緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng))，并向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存轉(zhuǎn)發(fā)該請求。寫請求操作如果請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存不命中，則為該地址分配一個(gè)緩存 行，并把一致性狀態(tài)設(shè)為IM狀態(tài)(IM也是一種臨時(shí)狀態(tài)，表示寫請求還沒有完成，等待該 二級緩存的寫回應(yīng))，并向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存轉(zhuǎn)發(fā)該寫請求；如果請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀 態(tài)緩存命中且處于共享(S)狀態(tài)，則把一致性狀態(tài)設(shè)為IM狀態(tài)，并向宿主節(jié)點(diǎn)發(fā)送寫更新 (Update)請求；如果請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存命中且處于修改(M)狀態(tài)，則直接向請求 節(jié)點(diǎn)處理器返回寫回應(yīng)信號，一致性狀態(tài)緩存中的狀態(tài)不改變。更新請求操作將請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存中的一致性狀態(tài)設(shè)為IM狀態(tài)，然后 向宿主節(jié)點(diǎn)發(fā)送更新請求。當(dāng)接收到多核處理器的更新請求時(shí)，一致性狀態(tài)緩存應(yīng)處于共 享⑶狀態(tài)。替換和寫回請求操作請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存直接把該請求轉(zhuǎn)發(fā)給宿主節(jié)點(diǎn) 的二級緩存。當(dāng)接收到多核處理器的替換請求時(shí)，一致性狀態(tài)緩存應(yīng)處于共享(S)狀態(tài)。當(dāng) 接收到多核處理器的寫回請求時(shí)，一致性狀態(tài)緩存應(yīng)處于修改(M)狀態(tài)。讀回應(yīng)操作將請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存的IS狀態(tài)改變?yōu)楣蚕?S)狀態(tài)，并向 請求節(jié)點(diǎn)處理器返回?cái)?shù)據(jù)。寫回應(yīng)和更新回應(yīng)操作將請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存的IM狀態(tài)改變?yōu)樾薷?M) 狀態(tài)，并向請求節(jié)點(diǎn)處理器返回寫回應(yīng)或更新回應(yīng)。替換回應(yīng)和寫回回應(yīng)操作刪除請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存中該地址所在的緩存 行，并把回應(yīng)信號轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)處理器。無效請求操作請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存接收到來自宿主節(jié)點(diǎn)二級緩存的無效 請求時(shí)，直接轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)處理器。無效回應(yīng)操作請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存接收到來自多核處理器的無效回應(yīng)信 號時(shí)，刪除對應(yīng)的緩存行，并把無效回應(yīng)信號轉(zhuǎn)發(fā)宿主節(jié)點(diǎn)。替換操作當(dāng)請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存由于容量沖突發(fā)生替換操作時(shí)，則向請 求節(jié)點(diǎn)處理器發(fā)出無效信號，請求節(jié)點(diǎn)處理器的私有一級緩存則會根據(jù)其狀態(tài)向宿主節(jié)點(diǎn)
11發(fā)出無效回應(yīng)或?qū)懟叵?。請求?jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存接收到請求節(jié)點(diǎn)處理器的無效回應(yīng) 或?qū)懟叵⒑螅蛩拗鞴?jié)點(diǎn)發(fā)出替換或?qū)懟卣埱?。等到收到宿主?jié)點(diǎn)的替換回應(yīng)或?qū)懟鼗?應(yīng)消息后，把該緩存行從請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存中刪除。上述支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，活躍目錄緩存保存最近經(jīng)常訪問的數(shù) 據(jù)的目錄信息。所有多核處理器的讀寫缺失請求都會引發(fā)對宿主節(jié)點(diǎn)二級緩存的訪問，這 些訪問被網(wǎng)絡(luò)接口上的活躍目錄緩存捕獲?；钴S目錄緩存中的目錄控制器首先查找活躍目 錄緩存的目錄存儲器中目錄信息，然后根據(jù)請求的類型決定是否向本地二級緩存發(fā)送讀寫 請求。其工作過程如下讀請求操作如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存命中，在目錄向量中加入請求節(jié)點(diǎn)的 位置，如果目錄狀態(tài)處于共享(S)狀態(tài)，則向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀數(shù)據(jù)請求，得到 二級緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)后，把該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器，完成讀操作。如果目錄狀態(tài)處 于修改(M)狀態(tài)，則向擁有該數(shù)據(jù)的共享節(jié)點(diǎn)發(fā)出降級寫回請求，目錄控制器接收到寫回 的數(shù)據(jù)時(shí)，把寫回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器，并把該數(shù)據(jù)寫回該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩 存，目錄狀態(tài)變?yōu)楣蚕?S)狀態(tài)。如果該宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存缺失，則在活躍目錄緩存 中添加目錄項(xiàng)，然后向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀請求，得到緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)后，把請求 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器，目錄狀態(tài)變?yōu)楣蚕?S)狀態(tài)。寫請求操作如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存命中且處于共享(S)狀態(tài)，則向所有 共享節(jié)點(diǎn)的處理器發(fā)出無效信號，并向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀請求。寫請求實(shí)際上 也是一個(gè)讀操作，這是因?yàn)閷懼噶钍轻槍σ粋€(gè)字的，而讀寫請求都是針對一個(gè)Cache行的， 在進(jìn)行寫請求時(shí)，需要把Cache行的數(shù)據(jù)全部讀出，送到請求節(jié)點(diǎn)，與寫入的內(nèi)容合并為一 個(gè)新的Cache行。目錄控制器收集到所有的無效回應(yīng)消息后，相應(yīng)的共享節(jié)點(diǎn)位置從目錄 向量中刪除，把從二級緩存返回的數(shù)據(jù)回應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器，把宿主節(jié)點(diǎn)的活躍 目錄緩存的目錄的狀態(tài)改變?yōu)樾薷?M)狀態(tài)，在目錄向量中加入請求節(jié)點(diǎn)的位置。如果宿 主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存處于修改(M)狀態(tài)，則向共享節(jié)點(diǎn)的處理器發(fā)出無效并寫回請求， 因?yàn)檫@時(shí)共享節(jié)點(diǎn)的保存的副本是唯一正確的副本，需要寫回。目錄控制器收到寫回的數(shù) 據(jù)時(shí)，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位置從目錄向量中刪除，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)，在目錄向量中加入請求 節(jié)點(diǎn)的位置。如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存不命中，則在活躍目錄緩存中添加目錄項(xiàng)，向該 宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀請求，得到二級緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)后，把請求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求 節(jié)點(diǎn)，目錄狀態(tài)變?yōu)樾薷?M)狀態(tài)，在目錄向量中加入請求節(jié)點(diǎn)的位置。替換請求操作將待替換的請求節(jié)點(diǎn)位置從目錄向量中刪除，并向請求節(jié)點(diǎn)返回 替換回應(yīng)信號。如果是唯一的共享節(jié)點(diǎn)，則把該目錄向量從宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存中刪 除。寫回請求操作將節(jié)點(diǎn)位置從宿主節(jié)點(diǎn)的目錄向量中刪除，把數(shù)據(jù)寫回到該宿主 節(jié)點(diǎn)的二級緩存，并向請求節(jié)點(diǎn)返回寫回回應(yīng)信號，則把該目錄向量從宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目 錄緩存中刪除。替換操作宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存由于容量沖突而發(fā)生替換時(shí)，向所有共享節(jié) 點(diǎn)發(fā)出無效請求。如果該目錄存儲器的目錄狀態(tài)處于共享(S)狀態(tài)，則目錄控制器收集到 所有的無效回應(yīng)后，把該目錄向量從活躍目錄緩存中刪除。如果該目錄存儲器的目錄狀態(tài) 處于修改(M)狀態(tài)，則目錄控制器收到寫回的數(shù)據(jù)后，把該數(shù)據(jù)寫回到該宿主節(jié)點(diǎn)的二級
12緩存中，然后刪除該數(shù)據(jù)對應(yīng)的目錄向量。接收到宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存的無效請求時(shí)，如果該節(jié)點(diǎn)活躍目錄緩存不命中，則 直接向二級緩存返回?zé)o效回應(yīng)信號。如果活躍目錄緩存命中，則進(jìn)行活躍目錄緩存的替換 操作，替換操作完成后，向二級緩存返回?zé)o效回應(yīng)信號或?qū)懟匦盘枺涯夸浵蛄繌幕钴S目錄 緩存中刪除。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)接口部件，所述網(wǎng)絡(luò)接口部件連接路由器，并連接多核處理器和二級緩存，其特征在于，在所述網(wǎng)絡(luò)接口部件中增設(shè)有與多核處理器相連的一致性狀態(tài)緩存，所述一致性狀態(tài)緩存用于保存并維護(hù)多核處理器的每個(gè)核的一級緩存中數(shù)據(jù)塊的一致性狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述一致性 狀態(tài)緩存包括一致性狀態(tài)存儲器，具有與所述一級緩存相同的存儲行，用于保存所述一級緩存中數(shù) 據(jù)塊的一致性狀態(tài)；處理器接口，連接所述多核處理器，用于從不同類型處理器核的總線請求中分離出一 致性狀態(tài)緩存所需要的請求信號，并把一致性狀態(tài)緩存對多核處理器的回應(yīng)或請求信號轉(zhuǎn) 換成多核處理器可以識別的信號；一致性協(xié)議控制器，用于當(dāng)多核處理器的一級緩存訪問缺失請求或回應(yīng)消息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò) 接口部件時(shí)，通過所述處理器接口獲取該訪問缺失請求或回應(yīng)消息，從中分離出地址標(biāo)簽， 并維護(hù)相應(yīng)的一致性狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述網(wǎng)絡(luò)接 口部件中還增設(shè)有與二級緩存相連的活躍目錄緩存，用于緩存和維護(hù)二級緩存中經(jīng)常被所 述一級緩存訪問的數(shù)據(jù)塊的目錄信息。
4.如權(quán)利要求3所述的支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征在于，所述活躍目 錄緩存包括目錄存儲器，用于緩存二級緩存中經(jīng)常被所述一級緩存訪問的數(shù)據(jù)塊的目錄信息包 括所述數(shù)據(jù)塊的地址標(biāo)簽、目錄狀態(tài)和目錄向量；二級緩存接口，連接二級緩存，用于將多核處理器的訪問缺失請求發(fā)送給所述二級緩 存，或?qū)⒍壘彺娴幕貞?yīng)信號返回給活躍目錄緩存；目錄控制器，用于通過二級緩存接口獲取多核處理器對二級緩存的訪問請求，并查找 目錄存儲器中的目錄信息，然后根據(jù)請求的類型決定是否向本地二級緩存發(fā)送該訪問請 求。
5.一種利用權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請求方法，其特征在于，包括以下步驟Sl 請求節(jié)點(diǎn)的一致性協(xié)議控制器捕獲所述請求節(jié)點(diǎn)處理器的一級緩存訪問缺失請求，S2:所述請求節(jié)點(diǎn)的一致性協(xié)議控制器在一致性狀態(tài)存儲器中查找所述缺失請求的地 址標(biāo)簽，并根據(jù)相應(yīng)的一致性狀態(tài)向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出數(shù)據(jù)請求；S3:所述宿主節(jié)點(diǎn)路由器的網(wǎng)絡(luò)接口部件中活躍目錄緩存的目錄控制器捕獲所述數(shù)據(jù) 請求，并在該目錄存儲器中查找所述數(shù)據(jù)請求對應(yīng)的目錄信息，然后根據(jù)請求類型決定是 否向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)送所述數(shù)據(jù)請求；S4:所述宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存根據(jù)所述數(shù)據(jù)請求向請求節(jié)點(diǎn)處理器返回消息，在經(jīng)過 請求節(jié)點(diǎn)的路由器時(shí)，該路由器的一致性協(xié)議控制器捕獲該消息，并根據(jù)消息類型改變或 保持一致性狀態(tài)緩存中所述地址標(biāo)簽的地址中存儲數(shù)據(jù)的一致性狀態(tài)，并把消息中包含的 請求數(shù)據(jù)返回給請求節(jié)點(diǎn)處理器。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)請求方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括當(dāng)所述缺失請求為讀請求操作在請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存的一致性狀態(tài)存儲器中為該請求地址分配 一個(gè)緩存行，并把一致性狀態(tài)設(shè)為臨時(shí)狀態(tài)IS，同時(shí)向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存轉(zhuǎn)發(fā)該請求，所 述臨時(shí)狀態(tài)IS表示讀請求還沒有完成，等待該二級緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)；寫請求操作如果請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存不命中，則為該地址分配一個(gè)緩存行， 并把一致性狀態(tài)設(shè)為臨時(shí)狀態(tài)IM，并向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存轉(zhuǎn)發(fā)該寫請求，所述臨時(shí)狀態(tài) IM表示寫請求還沒有完成，等待該二級緩存的寫回應(yīng)；如果請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存命 中且處于共享狀態(tài)，則把一致性狀態(tài)設(shè)為IM狀態(tài)，并向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)送寫更新請 求；如果請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存命中且處于修改狀態(tài)，則直接向請求節(jié)點(diǎn)處理器返回 寫回應(yīng)信號，一致性狀態(tài)緩存中的狀態(tài)不改變；更新請求操作將請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存中的一致性狀態(tài)設(shè)為IM狀態(tài)，然后向宿 主節(jié)點(diǎn)發(fā)送更新請求；替換和寫回請求操作請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存直接把該請求轉(zhuǎn)發(fā)給宿主節(jié)點(diǎn)的二 級緩存；替換操作當(dāng)請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存由于容量沖突發(fā)生替換操作時(shí)，則向請求節(jié) 點(diǎn)處理器發(fā)出無效信號，請求節(jié)點(diǎn)處理器的私有一級緩存則會根據(jù)其狀態(tài)向宿主節(jié)點(diǎn)發(fā)出 無效回應(yīng)或?qū)懟叵?，請求?jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存接收到請求節(jié)點(diǎn)處理器的無效回應(yīng)或?qū)?回消息后，向宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出替換或?qū)懟卣埱?，等到收到宿主?jié)點(diǎn)的替換回應(yīng)或 寫回回應(yīng)消息后，把該緩存行從請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存中刪除。
7.如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)請求方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括當(dāng)所述缺 失請求為讀請求操作如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存命中，在活躍目錄信息的目錄向量中加入 請求節(jié)點(diǎn)的位置，如果目錄狀態(tài)處于共享狀態(tài)，則向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀數(shù)據(jù)請 求，得到二級緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)后，把該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器；如果目錄狀態(tài)處于修 改狀態(tài)，則向擁有該數(shù)據(jù)的共享節(jié)點(diǎn)發(fā)出降級寫回請求，目錄控制器接收到寫回的數(shù)據(jù)時(shí)， 把寫回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器，并把該數(shù)據(jù)寫回該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存，目錄狀 態(tài)變?yōu)楣蚕頎顟B(tài)；如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存缺失，則在活躍目錄緩存中添加目錄項(xiàng)，然 后向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀請求，得到緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)后，把請求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請 求節(jié)點(diǎn)的處理器，目錄狀態(tài)變?yōu)楣蚕頎顟B(tài)；寫請求操作如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存命中且處于共享狀態(tài)，則向所有共享節(jié)點(diǎn) 的處理器發(fā)出無效信號，并向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存發(fā)出讀請求，目錄控制器收集到所有 的無效回應(yīng)消息后，將相應(yīng)的共享節(jié)點(diǎn)的位置從目錄向量中刪除，把從二級緩存返回的數(shù) 據(jù)回應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)的處理器，把宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存的目錄狀態(tài)改變?yōu)樾薷臓?態(tài)，在目錄向量中加入請求節(jié)點(diǎn)的位置；如果宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存處于修改狀態(tài)，則向 共享節(jié)點(diǎn)的處理器發(fā)出無效并寫回請求，目錄控制器收到寫回的數(shù)據(jù)時(shí)，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)位置 從目錄向量中刪除，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)，在目錄向量中加入請求節(jié)點(diǎn)的位置；如果宿主 節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存不命中，則在活躍目錄緩存中添加目錄項(xiàng)，向該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存 發(fā)出讀請求，得到二級緩存的數(shù)據(jù)回應(yīng)后，把請求的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)，目錄狀態(tài)變?yōu)樾?改狀態(tài)，在目錄向量中加入請求節(jié)點(diǎn)的位置；替換請求操作將待替換的請求節(jié)點(diǎn)位置從宿主節(jié)點(diǎn)的目錄向量中刪除，并向該請求 節(jié)點(diǎn)返回替換回應(yīng)信號，如果是唯一的共享節(jié)點(diǎn)，則把該目錄向量從宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄 緩存中刪除；寫回請求操作將節(jié)點(diǎn)位置從宿主節(jié)點(diǎn)的目錄向量中刪除，把數(shù)據(jù)寫回到該宿主節(jié)點(diǎn) 的二級緩存，并向請求節(jié)點(diǎn)返回寫回回應(yīng)信號，把該目錄向量從宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存 中刪除；替換操作宿主節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存由于容量沖突而發(fā)生替換時(shí)，向所有共享節(jié)點(diǎn)發(fā) 出無效請求，如果該目錄存儲器的目錄狀態(tài)處于共享狀態(tài)，則目錄控制器收集到所有的無 效回應(yīng)后，把該目錄向量從活躍目錄緩存中刪除；如果該目錄存儲器目錄狀態(tài)處于修改狀 態(tài)，則目錄控制器收到寫回的數(shù)據(jù)后，把該數(shù)據(jù)寫回到該宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存中，然后刪除 該數(shù)據(jù)對應(yīng)的目錄向量；接收到宿主節(jié)點(diǎn)的二級緩存的無效請求時(shí)，如果該節(jié)點(diǎn)的活躍目錄緩存不命中，則直 接向二級緩存返回?zé)o效回應(yīng)信號，如果活躍目錄緩存命中，則進(jìn)行活躍目錄緩存的替換操 作，替換操作完成后，向二級緩存返回?zé)o效回應(yīng)信號或?qū)懟匦盘枺涯夸浵蛄繌幕钴S目錄緩 存中刪除。
8.如權(quán)利要求5所述的數(shù)據(jù)請求方法，其特征在于，所述步驟S4具體包括當(dāng)所述缺 失請求對應(yīng)的回應(yīng)操作為讀回應(yīng)操作將請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存的IS狀態(tài)改變?yōu)楣蚕頎顟B(tài)，并向請求節(jié)點(diǎn) 處理器返回?cái)?shù)據(jù)；寫回應(yīng)和更新回應(yīng)操作將請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存的IM狀態(tài)改變?yōu)樾薷臓顟B(tài)，并 向請求節(jié)點(diǎn)處理器返回寫回應(yīng)或更新回應(yīng)；替換回應(yīng)和寫回回應(yīng)操作刪除請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存中該地址所在的緩存行， 并把回應(yīng)信號轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)處理器；無效請求操作請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存接收到來自宿主節(jié)點(diǎn)二級緩存的無效請求 時(shí)，直接轉(zhuǎn)發(fā)給請求節(jié)點(diǎn)處理器；無效回應(yīng)操作請求節(jié)點(diǎn)的一致性狀態(tài)緩存接收到來自請求節(jié)點(diǎn)處理器的無效回應(yīng)信 號時(shí)，刪除對應(yīng)的緩存行，并把無效回應(yīng)信號轉(zhuǎn)發(fā)宿主節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種支持高速緩存一致的片上網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)接口部件和路由器，所述網(wǎng)絡(luò)接口部件連接所述路由器，并連接多核處理器和二級緩存，在所述網(wǎng)絡(luò)接口部件中增設(shè)有與多核處理器相連的一致性狀態(tài)緩存，所述一致性狀態(tài)緩存用于保存并維護(hù)多核處理器的一級緩存中數(shù)據(jù)塊的一致性狀態(tài)；所述網(wǎng)絡(luò)接口部件中還增設(shè)有與二級緩存相連的活躍目錄緩存，用于緩存和維護(hù)二級緩存中經(jīng)常被所述一級緩存訪問的數(shù)據(jù)塊的目錄信息。把一致性維護(hù)工作從處理器中分離出來，把目錄維護(hù)工作從二級緩存中分離出來，并且取消了二級緩存中的目錄結(jié)構(gòu)，簡化了多核處理器的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過程，降低了芯片的存儲開銷，提高了多核處理器的性能。本發(fā)明還公開了該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)請求方法。
文檔編號H04L12/56GK101958834SQ20101029401
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者汪東升, 王驚雷 申請人:清華大學(xué)