The directory coherence protocol in

The directory coherence protocol in Case Study 2 describes directory coherence at
an abstract level but assumes atomic transitions much like the simple snooping system.
High-performance directory systems use pipelined, switched interconnects
Case Studies and Exercises by Amr Zaky and David A. Wood ■ 421
that greatly improve bandwidth but also introduce transient states and nonatomic
transactions. Directory cache coherence protocols are more scalable than snooping
cache coherence protocols for two reasons. First, snooping cache coherence protocols
broadcast requests to all nodes, limiting their scalability. Directory protocols
use a level of indirection—a message to the directory—to ensure that requests are
only sent to the nodes that have copies of a block. Second, the address network of a
snooping system must deliver requests in a total order, while directory protocols
can relax this constraint. Some directory protocols assume no network ordering,
which is beneficial since it allows adaptive routing techniques to improve network
bandwidth. Other protocols rely on point-to-point order (i.e., messages from node
P0 to node P1 will arrive in order). Even with this ordering constraint, directory
protocols usually have more transient states than snooping protocols. Figure 5.39
State Read Write
Replacement

MIA z z z error Send Data Send Data/I /I error error
Figure 5.39 Broadcast snooping cache controller transitions.
422 ■ Chapter Five Thread-Level Parallelism
presents the cache controller state transitions for a simplified directory protocol that
relies on point-to-point network ordering. Figure 5.40 presents the directory controller’s
state transitions.
For each block, the directory maintains a state and a current owner field or
a current sharers’ list (if any). For the sake of the following discussion and
ensuing problem, assume that the L2 caches are disabled. Assume that the
memory directory lists sharers/owners at a processor granularity. For example,
in Figure 5.38, the memory directory for line 108 would be “P0, 0; P3, 0” rather
than “C0, C1”. Also, assume that messages cross chip boundaries—if needed—
in a transparent way.
The row is indexed by the current state, and the column by the event determines
the tuple. If only a next state is listed, then no action is
required. Impossible cases are marked “error” and represent error conditions; “z”
means the requested event cannot currently be processed.
The following example illustrates the basic operation of this protocol. Suppose
a processor attempts a write to a block in state I (Invalid). The corresponding tuple
is “send GetM/IMAD,” indicating that the cache controller should send a GetM
(GetModified) request to the directory and transition to state IMAD. In the simplest
case, the request message finds the directory in state DI (Directory Invalid), indicating
that no other cache has a copy. The directory responds with a Data message
that also contains the number of Acks to expect (in this case, zero). In this simplified
protocol, the cache controller treats this single message as two messages: a
Data message followed by a Last Ack event. The Data message is processed first,
saving the data and transitioning to IMA. The Last Ack event is then processed,
transitioning to state M. Finally, the write can be performed in state M.

Kết quả (Việt) 1:

Giao thức sự gắn kết thư mục trong 2 trường hợp nghiên cứu mô tả sự gắn kết thư mục tạimột mức độ trừu tượng nhưng giả định quá trình chuyển đổi nguyên tử giống như hệ thống snooping đơn giản.Sử dụng hệ thống thư mục hiệu suất cao pipelined, chuyển sang liên kết nốiTrường hợp nghiên cứu và các bài tập của Amr Zaky và David A. gỗ ■ 421mà cải thiện rất nhiều băng thông nhưng cũng giới thiệu tạm thời kỳ và nonatomicgiao dịch. Giao thức tính mạch lạc của thư mục cache là khả năng mở rộng hơn snoopingbộ nhớ cache tính mạch lạc giao thức vì hai lý do. Đầu tiên, snooping cache tính mạch lạc giao thứcyêu cầu phát sóng tất cả các nút, hạn chế khả năng mở rộng của họ. Giao thức thư mụcsử dụng một mức độ về mình — một tin nhắn vào thư mục — để đảm bảo yêu cầu làchỉ gửi đến các hạch có bản sao của một khối. Thứ hai, các địa chỉ mạng của mộtHệ thống snooping phải cung cấp các yêu cầu theo một thứ tự tất cả, trong khi giao thức thư mụccó thể thư giãn hạn chế này. Một số giao thức thư mục giả định không có mạng đặt hàng,đó là mang lại lợi ích vì nó cho phép thích nghi định tuyến kỹ thuật để cải thiện mạngbăng thông. Các giao thức khác dựa vào thứ tự điểm-điểm (tức là tin nhắn từ nútP0 nút P1 đến đơn đặt hàng). Ngay cả với điều này đặt hàng hạn chế, thư mụcgiao thức thường có thêm kỳ thoáng hơn snooping giao thức. Con số 5,39Nhà nước đọc ghiThay thếMIA z z z lỗi gửi dữ liệu gửi dữ liệu / tôi/i lỗi lỗiPhát sóng hình 5,39 snooping quá trình chuyển đổi bộ điều khiển bộ nhớ cache.422 ■ chương năm Thread cấp xử lý song songtrình bày quá trình chuyển đổi trạng thái điều khiển của bộ nhớ cache cho một thư mục đơn giản hóa giao thức màDựa trên điểm mạng đặt hàng. Con số 5,40 trình bày điều khiển directoryquá trình chuyển đổi của nhà nước.Cho mỗi khối, mục duy trì một trạng thái và một trường chủ sở hữu hiện tại hoặcdanh sách một sharers hiện tại (nếu có). Vì lợi ích của các cuộc thảo luận sau vàvấn đề tiếp sau, giả sử L2 cache đã bị vô hiệu hoá. Giả sử rằng cácnhớ thư mục danh sách sharers/chủ sở hữu ở một bộ vi xử lý. Ví dụ:trong con số 5.38, các thư mục bộ nhớ cho dòng 108 sẽ "P0, 0; P3, 0" thay vìso với "C0, C1". Ngoài ra, giả sử tin nhắn vượt qua ranh giới chip — nếu cần thiết-trong một cách minh bạch.Hàng được lập chỉ mục bởi nhà nước hiện nay, và sẽ xác định các cột theo sự kiệnCác tuple. Nếu chỉ có một nhà nước tiếp theo được liệt kê, sau đó không có hành động làyêu cầu. Trường hợp không thể được đánh dấu "lỗi" và đại diện cho điều kiện lỗi; "z"có nghĩa là sự kiện này được yêu cầu hiện không thể xử lý.Ví dụ sau minh họa các hoạt động cơ bản của giao thức này. Giả sửmột bộ xử lý cố gắng viết vào một khối trong bang tôi (không hợp lệ). Tuple tương ứng"gửi GetM/IMAD," chỉ những bộ điều khiển bộ nhớ cache nên gửi một GetM(GetModified) các yêu cầu để các thư mục và chuyển sang trạng thái IMAD. Trong đơn giản nhấttrường hợp, thông báo yêu cầu tìm thấy thư mục thuộc bang DI (thư mục không hợp lệ), chỉ rakhông có bộ nhớ cache khác có một bản sao. Thư mục đáp ứng với một thông điệp dữ liệumà cũng có chứa số lượng Acks mong đợi (trong trường hợp này, bằng 0). Trong này đơn giảngiao thức, bộ điều khiển bộ nhớ cache xử lý tin nhắn duy nhất này là hai thư: mộtThông điệp dữ liệu theo sau là một sự kiện cuối Ack. Thông điệp dữ liệu được xử lý đầu tiên,tiết kiệm dữ liệu và chuyển tiếp sang IMA. Sự kiện cuối Ack sau đó được xử lý,chuyển sang tiểu bang M. Cuối cùng, viết có thể được thực hiện trong bang M.

Kết quả (Việt) 2:

Các giao thức thư mục gắn kết trong Case Study 2 mô tả thư mục gắn kết ở
một mức độ trừu tượng, nhưng giả định chuyển nguyên tử giống như các hệ thống snooping đơn giản.
Hệ thống thư mục cao hiệu suất sử dụng pipelined, chuyển sang liên kết nối
trường hợp nghiên cứu và bài tập của Amr Zaky và David A. Gỗ ■ 421
mà rất nhiều cải thiện băng thông mà còn giới thiệu trạng thái thoáng và nonatomic
giao dịch. Giao thức thư mục cache sự gắn kết nhiều khả năng mở rộng hơn snooping
giao thức gắn kết bộ nhớ cache vì hai lý do. Đầu tiên, snooping bộ nhớ cache gắn kết các giao thức
yêu cầu phát sóng đến tất cả các nút, hạn chế khả năng mở rộng của họ. Giao thức thư mục
sử dụng một mức gián tiếp-một thông điệp tới các thư mục để đảm bảo rằng các yêu cầu được
chỉ được gửi đến các nút có các bản sao của một khối. Thứ hai, các địa chỉ mạng của một
hệ thống snooping phải cung cấp các yêu cầu trong tổng số thứ tự, trong khi các giao thức thư mục
có thể thư giãn hạn chế này. Một số giao thức thư mục giả định không có thứ tự mạng,
đó là có lợi vì nó cho phép các kỹ thuật định tuyến adaptive để cải thiện mạng lưới
băng thông. Các giao thức khác dựa trên thứ tự điểm-điểm (tức là, các thông điệp từ nút
P0 đến nút P1 sẽ đến theo thứ tự). Ngay cả với chế đặt hàng này, thư mục
các giao thức thường có trạng thái thoáng hơn giao thức rình mò. Hình 5.39
đọc Nhà nước Viết
Thay

MIA lỗi zzz Gửi dữ liệu Gửi dữ liệu / I / I lỗi lỗi
Hình 5.39 Broadcast chuyển snooping bộ điều khiển bộ nhớ cache.
422 ■ Chương Năm đề cấp song song
trình bày quá trình chuyển đổi trạng thái điều khiển bộ nhớ cache cho một giao thức thư mục đơn giản mà
dựa vào điểm -to-điểm mạng đặt hàng. Hình 5.40 trình bày các bộ điều khiển thư mục của
chuyển trạng thái.
Đối với mỗi khối, các thư mục duy trì một trạng thái và một lĩnh vực chủ sở hữu hiện tại hoặc
một danh sách những người chia sẻ hiện tại (nếu có). Vì lợi ích của các cuộc thảo luận sau đây và
tiếp theo vấn đề, giả định rằng các cache L2 là người khuyết tật. Giả sử rằng các
thư mục bộ nhớ danh sách những người chia sẻ / chủ sở hữu tại một chi tiết xử lý. Ví dụ,
trong hình 5.38, các thư mục bộ nhớ cho dòng 108 sẽ là "P0, 0; P3, 0 "khá
hơn" C0, C1 ". Ngoài ra, giả sử rằng các thông điệp qua ranh giới-nếu con chip needed-
một cách minh bạch.
Các hàng được lập chỉ mục của các nhà nước hiện hành, và các cột của sự kiện này xác định
cáctuple. Nếu chỉ có một trạng thái kế tiếp được liệt kê, sau đó không có hành động
cần thiết. Trường hợp không thể được đánh dấu "báo lỗi" và biểu diễn các điều kiện lỗi; "Z"
có nghĩa là sự kiện được yêu cầu thể hiện không được xử lý.
Ví dụ sau minh họa các hoạt động cơ bản của giao thức này. Giả sử
một nỗ lực xử lý một ghi vào một khối trong nhà nước tôi (không hợp lệ). Các tuple tương ứng
được "gửi GetM / Imad," chỉ ra rằng bộ điều khiển bộ nhớ cache nên gửi một GetM
yêu cầu (GetModified) vào thư mục và chuyển tiếp để nêu Imad. Trong đơn giản
trường hợp, những tin nhắn yêu cầu tìm thư mục trong nhà nước DI (Directory không hợp lệ), chỉ ra
rằng không có bộ nhớ cache khác có một bản sao. Các thư mục đáp ứng với một thông điệp dữ liệu
đó cũng có chứa các số ACK sẽ xảy ra (ở trường hợp này là không). Trong này đơn giản
giao thức, bộ điều khiển bộ nhớ cache xử lý tin nhắn đơn này là hai thông điệp: một
thông điệp dữ liệu theo sau là một sự kiện Ack cuối. Thông điệp dữ liệu được xử lý đầu tiên,
tiết kiệm dữ liệu và chuyển sang IMA. Những sự kiện cuối Ack sau đó được xử lý,
chuyển đổi để nêu M. Cuối cùng, ghi có thể được thực hiện trong trạng thái M.