MI Example

协议概述

• 这是一个简单的缓存一致性协议，用于说明使用 SLICC 进行协议规范。
• 该协议假设 1 级缓存层次结构。缓存对每个节点都是私有的。缓存由目录控制器保持一致性。由于层次结构只有 1 级，因此没有包含/排他要求。
• 该协议不区分加载和存储。
• 该协议无法实现 LL/SC 指令的语义，因为在 LL/SC 序列中命中块的外部 GETS 请求会窃取独占权限，从而导致 SC 指令失败。

相关文件

• src/mem/protocols
  • MI_example-cache.sm: 缓存控制器规范
  • MI_example-dir.sm: 目录控制器规范
  • MI_example-dma.sm: DMA 控制器规范
  • MI_example-msg.sm: 消息类型规范
  • MI_example.slicc: 容器文件

稳定状态和不变式

控制器 FSM 图中使用的符号在此处描述。

缓存控制器

• 请求、响应、触发器：
  • 来自核心的加载、指令获取、存储
  • 来自自身的替换
  • 来自目录控制器的数据
  • 来自目录控制器的转发请求（干预）
  • 来自目录控制器的写回确认
  • 来自目录控制器的无效化（在 DMA 活动时）

• 主要操作：
  • 在来自核心的加载/指令获取/存储请求时：
    • 它检查相应的块是否存在于 M 状态。如果是，则返回命中
    • 否则，如果在 I 状态，它从目录控制器发起 GETX 请求
  • 在来自自身的替换触发器时：
    • 它驱逐块，向目录控制器发出写回请求
    • 它等待来自目录控制器的确认（以防止竞争）
  • 在来自目录控制器的转发请求时：
    • 这意味着当某个其他节点生成请求时，该块在此节点处于 M 状态
    • 它直接将块发送到请求节点（缓存到缓存传输）
    • 它从此节点驱逐块
  • 无效化类似于替换

目录控制器

• 请求、响应、触发器：
  • 来自核心的 GETX，转发到核心的 GETX
  • 来自内存的数据，发送到核心的数据
  • 来自核心的写回请求，发送到核心的写回确认
  • 来自 DMA 控制器的 DMA 读取、写入请求

• 主要操作：
  • 目录维护跟踪哪个核心在 M 状态下拥有块。它将该核心指定为块的所有者。
  • 在来自核心的 GETX 请求时：
    • 如果块不存在，则发起内存获取请求
    • 如果块已存在，则意味着请求是从某个其他核心生成的
      • 在这种情况下，将转发请求发送到原始所有者
      • 块的所有权转移给请求者
  • 在来自核心的写回请求时：
    • 如果核心是所有者，则将数据写入内存并向核心发送确认
    • 如果核心不是所有者，则发送 NACK
      • 这可能在竞争条件下发生
      • 核心在某个其他核心的转发请求正在途中时驱逐了块，目录已经为核心更改了所有权
      • 驱逐核心持有数据直到转发请求到达
  • 在 DMA 访问（读取/写入）时
    • 将无效化发送到所有者节点（如果有）。否则从内存获取数据。
    • 这确保最新的数据可用。

其他功能

• MI 协议不支持 LL/SC 语义。来自远程核心的加载将使缓存块无效。
• 该协议没有超时机制。