Lista de protocolos de coherencia de caché

Sistemas que funcionan bajo un único sistema operativo (SO ) con dos o más procesadores homogéneos y con una memoria principal compartida centralizada.

Cada procesador tiene su propia caché que actúa como puente entre el procesador y la memoria principal . La conexión se realiza mediante un bus del sistema o una matriz de interconexión ("xbar") o una combinación de ambos enfoques: bus para direcciones y matriz de interconexión para datos (matriz de interconexión de datos). ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

El cuello de botella de estos sistemas reside en el tráfico y el ancho de banda de la memoria . Este ancho de banda puede incrementarse mediante un bus de datos más amplio (más cables entre la memoria principal y cada componente), una matriz de interconexión de datos, intercalación de memoria (acceso paralelo multibanco) y transacciones de datos fuera de orden . El tráfico puede reducirse mediante una caché que actúa como filtro , eliminando la necesidad de que cada caché del procesador acceda directamente a la memoria compartida para cada transacción; por lo tanto, la caché es un elemento esencial para la utilización de la memoria compartida en sistemas SMP.

En sistemas multiprocesador con cachés independientes que comparten una memoria común, un mismo dato puede almacenarse en más de una caché. Puede surgir un problema de consistencia de datos cuando el dato se modifica en solo una de las cachés. Los protocolos para mantener la coherencia en sistemas multiprocesador se denominan protocolos de coherencia de caché .

En SMP, la coherencia se basa generalmente en el enfoque de "vigilancia del bus" o " Snoopy " (en referencia al personaje Snoopy de Peanuts ). En un sistema de espionaje, todas las cachés supervisan ("espían") las transacciones del bus para interceptar los datos y determinar si cada caché específica tiene una copia de esos datos.

Se utilizan varios protocolos de coherencia de caché para mantener la coherencia de los datos entre las cachés. ^{[ 4 ]}

Estos protocolos generalmente se clasifican solo en función de los estados de la caché (de 3 a 5 y 7 o más) y las transacciones entre ellos, pero esto podría generar cierta confusión.

Esta definición es incompleta porque carece de información importante y esencial sobre las acciones que produce cada protocolo. Estas acciones pueden ser invocadas por el procesador o el controlador del bus (por ejemplo, intervención, invalidación, difusión, etc.). El tipo de acciones depende de la implementación. Los estados y las reglas de transacción no abarcan todos los aspectos de un protocolo. Por ejemplo, el protocolo MESI con intervención compartida sobre datos no modificados es diferente de MESI sin intervención (véase más adelante). Al mismo tiempo, algunos protocolos con diferentes estados pueden ser prácticamente idénticos. Por ejemplo, los protocolos MESI Illinois de 4 estados y MERSI (R-MESI) IBM/MESIF-Intel de 5 estados son solo implementaciones diferentes de la misma funcionalidad (véase más adelante).

Los protocolos más comunes son MESI de 4 estados y MOESI de 5 estados , donde cada letra representa uno de los posibles estados de la caché. Otros protocolos utilizan subconjuntos de estos, pero con implementaciones diferentes y terminología equivalente. Los términos MESI, MOESI o cualquier subconjunto de ellos generalmente se refieren a una clase de protocolos, no a uno específico.

Los estados MESI y MOESI suelen ser conocidos, y de hecho con mayor frecuencia, por nombres diferentes.

• M = Modificado o D = Sucio o DE = Sucio-Exclusivo o EM = Modificado Exclusivo
  • Modificado en una sola caché; se requiere escritura diferida al reemplazarlo.
  • Los datos se almacenan únicamente en una caché, pero los datos en memoria no se actualizan (son inválidos, no están limpios).
• O = Propietario o SD = Sucio compartido o SM = Modificado compartido o T = Etiquetado
  • modificado, potencialmente compartido, propiedad, se requiere reescritura en el momento del reemplazo.
  • Los datos pueden almacenarse en más de una caché, pero los datos en memoria no se actualizan (no son válidos ni están limpios). Solo una caché es la "propietaria"; las demás se configuran como "válidas" (S/V/SC). En caso de solicitud de lectura del bus, los datos son proporcionados por la caché "propietaria" en lugar de la memoria.
• E = Exclusivo o R = Reservado o VE = Válido-Exclusivo o EC = Exclusivo Limpio o Me = Exclusivo
  • limpio, en una sola caché.
  • Los datos se almacenan únicamente en una caché y se mantienen limpios en la memoria.
• S = Compartido o V = Válido o SC = Compartido Limpio
  • compartido o válido
  • Datos potencialmente compartidos con otras cachés. Los datos pueden estar limpios o sucios. El término "limpio" en SC es engañoso porque también pueden estar sucios (ver protocolo Dragon ).
• Yo = Inválido .
  • Línea de caché no válida. Si la línea de caché no está presente (no hay coincidencia de etiqueta), se considera equivalente a no válida; por lo tanto, los datos no válidos significan datos presentes pero no válidos o no presentes en la caché.

Estados especiales:

• F = Adelante o R = Reciente
  • Estados adicionales del protocolo MESI
  • Último dato leído. Es un estado especial "Válido" que es el "Propietario" de los datos compartidos no modificados , utilizado en algunos protocolos MESI extendidos (MERSI o R-MESI IBM, ^{[ 5 ] [ 6 ]} MESIF – Intel ^{[ 7 ] [ 8 ]} ). El estado R/F se utiliza para permitir la "intervención" cuando el valor está limpio pero se comparte entre varias cachés. Esta caché en el estado R/F es responsable de la intervención ( intervención compartida ). En una solicitud de lectura del bus, los datos son suministrados por esta caché en lugar de ser suministrados por la memoria principal. MERSI y MESIF son el mismo protocolo con terminología diferente ( F en lugar de R ). A veces, R se denomina " último compartido " ( S _L ). ^{[ 9 ] [ 10 ]}
  • El estado R = Reciente se utiliza no solo en el protocolo MERSI = R-MESI , sino también en varios otros protocolos. Este estado se puede utilizar en combinación con otros estados, como en RT-MESI , HR-MESI , HRT-MESI , HRT-ST-MESI . ^{[ 6 ] [ 11 ] [ 12 ]} Todos los protocolos que utilizan este estado se denominarán de tipo R-MESI .
• H = Hover – H-MESI (estado adicional del protocolo MESI) ^{[ 11 ]}
  • El estado Hover ( H ) permite que una línea de caché mantenga una etiqueta de dirección en el directorio aunque el valor correspondiente en la entrada de caché sea una copia no válida. Si el valor correspondiente se produce en el bus (es decir, si la etiqueta de dirección en el bus coincide con la etiqueta de dirección en la caché) durante una operación válida de "Lectura" o "Escritura " , la entrada de caché se actualiza para ser la copia válida y su estado cambia de H a S.
  • Este estado puede utilizarse en combinación con otros estados. Por ejemplo, HR-MESI , HT-MESI , HRT-MESI , HRT-ST-MESI . ^{[ 6 ] [ 11 ] [ 12 ]}

• Transacciones de autobuses
• Características de los datos
• Operaciones de caché

 Estados MESI = DRVI

– Uso de una "línea compartida" de bus para detectar copias "compartidas" en las otras cachés.

• Operaciones del procesador

• Lee a la señorita

Existen dos implementaciones alternativas: MESI estándar (sin intervención) y MESI extendida (con intervención).

1 – MESI "sin intervención" (por ejemplo, PowerPC 604 ^{[ 24 ]} )

– Si hay una copia M en una caché, la transacción se detiene y espera hasta que la caché M actualice la MM; entonces la transacción puede continuar y los datos se leen desde la MM. Ambas cachés están configuradas S

– de lo contrario, los datos se leen desde MM. Si la "línea compartida" está "activada", la caché se establece en S; de lo contrario , en E.

2 – MESI "Intervención" de M y E (por ejemplo, Pentium (R) II ^{[ 14 ]} )

– Si existe una copia M o E (exclusividad) en una caché, los datos se suministran a la caché solicitante desde M o desde E (intervención). Si la caché emisora ​​es M, los datos también se escriben al mismo tiempo en MM (copia inversa). Todas las cachés están configuradas S

– de lo contrario, los datos se leen desde MM. Si la "línea compartida" está "activada", la caché se establece en S; de lo contrario , en E.

• Escribir éxito

– Si la caché es M o E (exclusividad), la escritura puede realizarse localmente sin ninguna otra acción.

– de lo contrario, los datos se escriben en la caché y se envía una transacción de invalidación al bus para invalidar todas las demás cachés.

– La caché está configurada como M

• Escríbele a la señorita

– La operación RWITM se envía al bus. La operación se realiza en dos pasos: un "Read Miss" con el comando "invalidate" para invalidar todas las demás cachés, y luego como con un "Write Hit" con el estado M (ver Operación de caché - Write Miss ).

• Transacciones de autobuses

• Autobús Leer

– si M y "sin intervención" los datos se envían a MM (Copia de vuelta)

– si M y "Intervención" los datos se envían a la caché solicitante y a MM (Copia de retorno)

– si E (*) y "Intervención" los datos enviados a la caché solicitante

– El estado cambia (o permanece) en S

• Lectura de autobús – ( RWITM )

– Como con "Leer autobús"

– La caché está configurada como "Inválida" ( I )

• Transacción inválida de autobús

La caché está configurada como "Inválida" ( I ).

• Operaciones

– Escribir Asignar

– Intervención : de M – E (*)

– Escribir Invalidar

– Copia de respaldo : reemplazo M

(*) – MESI ampliado

 Estados MEOSI = DR-SD-VI = T-MESI IBM ^{[ 12 ]}

– Uso de la "línea compartida" del bus para detectar copias "compartidas" en las otras cachés.

• Operaciones del procesador

• Lee a la señorita

– Si existe una copia M , O o E (*) en otra caché, los datos son suministrados por esta caché (intervención). La caché solicitante se establece en S , M se cambia a O y E a S.

– de lo contrario, los datos se leen desde MM.

– Si la línea compartida está activada, la caché solicitante se establece en S; de lo contrario , en E.

• Escribir éxito

– Si la caché es M o E (exclusividad), la escritura puede realizarse localmente sin ninguna otra acción.

– de lo contrario O o S (compartición) se envía una transacción de "invalidación" en el bus para invalidar todas las demás cachés.

– La caché está configurada (o permanece) M

• Escríbele a la señorita

– Se envía una operación RWITM al autobús

– Los datos son suministrados por el "propietario" o por MM como en Read Miss, luego se escribe (actualiza) la caché.

– La caché está configurada como M y todas las demás cachés están configuradas como I.

• Transacciones de autobuses

• Autobús Leer

– Si la caché es M , O o E (*), los datos se envían a la caché solicitante (intervención). Si la caché es E , el estado cambia a S; de lo contrario, se establece (o permanece) en O.

– de lo contrario, el estado cambia o permanece en S

• Lectura de autobús – ( RWITM )

– Si la caché es M , O o E (*) los datos se envían al bus (Intervención)

– La caché está configurada como "Inválida" ( I )

• Transacción inválida de autobús

– La caché está configurada como "Inválida" ( I )

• Operaciones
• Escribir Asignar
• Intervención : del Ministerio de Educación (*)
• Escribir Invalidar
• Copia de respaldo : reemplazo de MO

– (*) implementación que depende de E

 Estados MESI = DRVI ^{[ 4 ]}

- Características:

– Es una extensión del protocolo MESI.

– Uso de una prioridad de red para intervención compartida (intervención sobre datos compartidos)

– Diferencias con MESI: además de E y M , intervención también de S (ver Read Miss – punto 1 )

• Operaciones

- Escribir Asignar

- Intervención : de MES

- Escribir Invalidar

- Copia de respaldo : reemplazo M

 Estados DRVI (MESI) ^{[ 4 ] [ 18 ] [ 19 ]}

- Características:

– No se permite el uso de "línea compartida" (protocolo para bus estándar o no modificable).

– Escribir directamente en el primer acierto de escritura en el estado V , luego copiar de vuelta.

• Operaciones del procesador

• Lee a la señorita

– Si existe una copia D en otra caché, los datos son suministrados por esta caché (intervención) y, al mismo tiempo, también se escriben en MM (copia de retorno).

– de lo contrario, los datos se leen desde MM

– todas las cachés están configuradas V

• Escribir éxito

– Si la caché es D o R (exclusividad), la escritura puede realizarse localmente sin ninguna otra acción y el estado se establece (o permanece) en D.

– De lo contrario V (primer acierto de escritura) los datos se escriben en la caché y en MM (escritura directa) invalidando todas las demás cachés (invalidación de escritura). – La caché se establece R

• Escríbele a la señorita

– Similar a un fallo de lectura pero con el comando "invalidar" ( RWITM ) más un acierto de escritura en estado D (actualizando). La caché se establece en D y todas las demás cachés se establecen en "Inválido" ( I ).

Nota: La escritura directa (Write Through) solo se realiza en caso de "fallo de escritura". Cabe destacar que, en este caso, se requiere una transacción de bus para invalidar las demás cachés y, por lo tanto, se puede aprovechar esta situación para actualizar también la caché de memoria (MM). En cambio, en caso de "acierto de escritura" no se requiere ninguna transacción, por lo que una escritura directa sería una operación inútil si la caché se actualiza de nuevo.

• Transacciones de autobuses

• Autobús Leer

– Si la caché es D, los datos se envían a la caché solicitante (intervención) y a MM (copia de retorno). La caché se establece en V.

– de lo contrario, el estado cambia o permanece en V

• Lectura de autobús – ( RWITM )

– Si la caché es D, los datos se envían al bus (Intervención).

– La caché está configurada como "Inválida" ( I )

• Transacción inválida de autobús

– La caché está configurada como "Inválida" ( I )

• Operaciones
• Escribir Asignar
• Intervención : de D
• Escritura directa : primer acierto de escritura en el estado V
• Escribir Invalidar
• Copia de respaldo : Reemplazo D

(Bull-Honeywell Italia)

 Estados D-SD-RVI (MOESI)  Protocolo patentado (F. Zulian) ^{[ 20 ]}

- Características:

– Extensión MOESI del protocolo Write-Once

- Escribir sin asignar en caso de fallo con actualización de D o SD

- No se permite el uso de RWITM

- No se permite el uso de "línea compartida".

• Operaciones del procesador

• Lee a la señorita

- Al igual que con MOESI con "Línea compartida" "activada" e intervención solo del "propietario" D o SD , pero no de R.

• Escribir éxito

- Si la caché es D o R , como con MOESI, la escritura puede realizarse localmente sin ninguna otra acción. La caché se establece (o permanece) en D.

- Si SD o V (primera escritura), como con Write-Once , los datos se escriben en la caché y en MM (Write Through) invalidando todas las demás cachés (Write-Invalidate) – La caché se establece R

- Escríbele a la señorita

- Los datos se envían al bus sin pasar por la caché (Write-no-allocate).

- Si existe una copia "propietaria" D o SD , la "propietaria" se actualiza (ver Escritura sin asignación: actualización de la propietaria ) mientras que las demás cachés se invalidan. La "propietaria" se establece (o permanece) como D. La memoria permanece "sucia".

- de lo contrario, los datos se envían a MM invalidando todas las demás cachés (Write-Invalidate).

• Transacciones de autobuses

• Autobús Leer

- Al igual que con MOESI, con intervención únicamente del "propietario" D o SD.

• Lectura de bus (actualización de escritura / invalidación de escritura)

- Si la caché es D o SD , la caché se actualiza; de lo contrario, se establece como "Inválida" ( I ).

• Operaciones
• Write-no-allocate : en caso de fallo
• Escribir actualización : en caso de fallo
• Escritura directa : para la primera escritura, luego copia de vuelta
• Escribir actualización / Escribir invalidar
• Intervención : de SD-D
• Copia de retorno : reemplazo D o reemplazo SD con invalidación

Obs. - Este es el único protocolo que tiene transacciones OE (SD-R) y también es el único que utiliza Write-no-allocated en caso de fallo.

 Estados DVI (MSI) ^{[ 4 ]}

- Características:

- La característica de este protocolo es tener una etiqueta de un solo bit con cada línea de caché en MM, lo que indica que una caché tiene la línea en estado D.

- Este bit evita una posible condición de carrera si la caché D no responde con la suficiente rapidez como para impedir que el MM responda antes de actualizarse.

- Los datos siempre provienen de MM

- No se permite el uso de "línea compartida".

• Operaciones del procesador

• Lee a la señorita

- Si existe una copia D en otra caché, la transacción de lectura se rechaza (sin acuse de recibo). La copia D se vuelve a escribir en MM y cambia su estado en V ; luego, la caché solicitante reenvía una nueva transacción de lectura y los datos se leen desde MM.

- de lo contrario, los datos se leen desde MM.

- La caché está configurada en V

• Escribir éxito

- Si la caché es D , la escritura puede realizarse localmente sin ninguna otra acción.

- de lo contrario V , como lo hace Read Miss, incluyendo una transferencia de datos desde la memoria con un comando de invalidación adicional ( RWITM ). Esto se hace solo para invalidar las otras copias de V porque este protocolo no admite una transacción de invalidación.

- La caché está configurada como D. Todas las demás copias de caché están configuradas como "Inválidas" ( I ).

• Escriba a la señorita ( RWITM )

- Igual que con Read Miss, pero con el comando invalidate. La línea de caché proviene de MM, luego se escribe (actualiza) la caché. La caché se establece en D. Todas las demás cachés se establecen en "Inválidas" ( I ).

• Transacciones de autobuses

• Autobús Leer

- Si la caché es D , los datos se envían a MM (Copia de retorno). La caché se establece en V.

- de lo contrario el estado permanece en V

• Lectura de autobús ( RWITM )

- Si la caché es D, los datos se envían a MM (Copia de retorno).

- La caché ( D o V ) está configurada como "Inválida" ( I ).

• Operaciones
• Escribir Asignar
• Intervención : ninguna intervención
• Escribir Invalidar : ( RWITM )
• No invalidar transacción
• Copia de respaldo : Reemplazo D

 Estados D-SD-VI (MOSI) ^{[ 4 ]}

- Características:

- Igual que con MOESI sin estado E

- No se permite el uso de "línea compartida".

• Operaciones del procesador

• Lee a la señorita

- Los datos son proporcionados por el "propietario", es decir, desde D o desde SD o desde MM. D se modifica en SD.

- La caché está configurada en V

• Escribir éxito

- Si la caché es D (exclusividad), la escritura puede realizarse localmente sin ninguna otra acción.

- de lo contrario ( SD o V ), se envía una transacción de "invalidación" en el bus para invalidar las otras cachés.

- La caché está configurada (o permanece) D

• Escríbele a la señorita

- La operación RWITM se envía al autobús

- Al igual que con Read Miss, los datos provienen del "propietario", D o SD o de MM, y luego se actualiza la caché.

- La caché está configurada como D. Todas las demás cachés están configuradas como I.

• Transacciones de autobuses

• Autobús Leer

- Si la caché es D o SD, los datos se envían a la caché solicitante (intervención). La caché se establece (o permanece) en SD.

- de lo contrario, la caché permanece en V

• Lectura de autobús – ( RWITM )

- Si la caché es D o SD, los datos se envían al bus (Intervención).

- La caché está configurada como "Inválida" ( I )

• Transacción inválida de autobús

- La caché está configurada como "Inválida" ( I )

• Operaciones
• Escribir Asignar
• Intervención : de D-SD
• Escribir Invalidar
• Copia de seguridad : reemplazo de D-SD

 Estados D-VE-S (MES) ^{[ 4 ]}

- Características:

- No hay estado "inválido"

- "Escribir-difusión" + "Escribir a través"

- Uso de "línea compartida"

- La "difusión por escritura" evita la necesidad del estado "Inválido".

- Intervención simultánea desde todas las cachés (intervención compartida y sucia: sobre datos no modificados que sobre datos modificados)

- Este protocolo requiere un bus síncrono

• Operaciones del procesador

• Lee a la señorita

- Cualquier otra caché es la "propietaria", es decir, todas las demás cachés con una copia suministrada simultáneamente de la fecha en el bus (intervención simultánea: la sincronización del bus está fija para que todas respondan en el mismo ciclo), de lo contrario, los datos son suministrados por MM.

- Si existe una caché D , los datos se envían simultáneamente también a MM (Copia de retorno).

- Si existen copias en las otras cachés, la opción "Línea compartida" se establece en "activada".

- Si "Línea compartida" está "activada", todas las cachés se configuran en S; de lo contrario, la caché solicitante se configura en VE .

• Escribir éxito

- Si la caché es D o VE (exclusividad), la escritura puede realizarse localmente sin ninguna otra acción y la caché se establece en D.

- de lo contrario S , se envía una "difusión de escritura" al bus para actualizar todas las demás cachés y el MM (Write Through).

- Si hay una copia en otra caché, la "Línea compartida" se establece en "activada". Si la "Línea compartida" se establece en "desactivada", la caché se establece en VE; de lo contrario, todas las cachés se establecen en S.

• Escríbele a la señorita

- La operación se realiza en dos pasos. Primero se lee el error y luego se escribe el acierto.

- Si los datos provienen de una caché (Línea compartida "activada"), se envía una "difusión de escritura" al bus para actualizar todas las demás cachés y el MM (Escritura directa). Todas las cachés se configuran S

- de lo contrario, la caché se establece en D

• Transacciones de autobuses

• Autobús Leer

- Si se produce un acierto ( D , VE o S ), los datos se envían al bus (intervención) y, en caso de D, los datos también se escriben en MM. La caché se establece en S.

• Autobús Leer

- Si se activa ( D o VE o S ), los datos se envían al bus (Intervención).

- Todas las cachés están configuradas como S

• Escribir radiodifusión

- La caché se actualiza con nuevos datos. El estado permanece S

• Operaciones
• Escribir Asignar
• Intervención : desde D-VE-S (desde todos los cachés "válidos")
• Escritura-difusión – Escribir a través de
• Copia de retorno : reemplazo D y en cualquier transacción con una caché D

 Estados D-SD-VE-SC (MOES) ^{[ 4 ]}

Nota: el estado SC , a pesar del término "limpio", puede ser "limpio" o "sucio", al igual que el estado S de los demás protocolos. SC y S son equivalentes.

- Características:

- No hay estado "inválido"

- "Escribir por difusión" (no "Escribir directamente")

- Uso de "línea compartida"

- La "difusión por escritura" evita la necesidad del estado "Inválido".

• Operaciones del procesador

• Lee a la señorita

- Los datos son proporcionados por el "propietario", es decir, desde D o desde SD o desde MM. D se modifica en SD.

- Si "línea compartida" está "activada", la caché se establece en SC; de lo contrario, en VE.

• Escribir éxito

- Si la caché es D o VE (exclusividad), la escritura puede realizarse localmente sin ninguna otra acción. La caché se establece (o permanece) como D.

- de lo contrario SD o SC (compartición) los datos se escriben en la caché y se envía una "difusión de escritura" al bus para actualizar todas las demás cachés. - El MM no se actualiza (no hay escritura directa).

- Si existe una copia en otra caché, la opción "Línea compartida" se establece en "activada".

- Si la "Línea compartida" está "activada", la caché se establece en SD ; de lo contrario, en D. Todas las demás cachés que se pueden copiar se establecen en SC.

• Escríbele a la señorita

- Al igual que con Read Miss, los datos provienen del "propietario", D o SD o de MM, y luego se actualiza la caché.

- Si existe una copia en otra caché, la opción "Línea compartida" se establece en "activada".

- Si la "Línea compartida" está "activada", los datos actualizados se transmiten a las demás cachés y el estado se establece en SD . Todas las demás cachés se establecen en SC.

- de lo contrario la caché es D

• Transacciones de autobuses

- Autobús Leer

- Si la caché es D o SD, los datos se envían a la caché solicitante (intervención). La caché se establece (o permanece) en SD.

- de lo contrario, la caché permanece SC

• Autobús Leer

- Si la caché es D o SD, los datos se envían al bus (Intervención).

- La caché está configurada como SC

• Escribir radiodifusión

- La caché se actualiza con nuevos datos. La caché permanece SC

• Operaciones
• Escribir Asignar
• Intervención : de D-SD (pero no de VE)
• Redacción de programas de radiodifusión
• Copia de seguridad : reemplazo de D-SD

 Estados MERSI o R-MESI  Estados MESIF  Protocolos patentados – IBM (1997) ^{[ 6 ]} – Intel (2002) ^{[ 8 ]}

- MERSI y MESIF son el mismo protocolo (solo cambia el nombre del estado, F en lugar de R ).

- Características:

- La misma funcionalidad del protocolo Illinois

- Un nuevo estado R (Reciente) / F (Adelante) es el " propietario " de los datos "compartidos y limpios" (con MM actualizado).

- La "propiedad compartida" (sobre datos limpios) no se asigna mediante una prioridad de red como en Illinois , sino que siempre se asigna a la última caché con Read Miss, estableciendo su estado R / F.

- La "propiedad" se libera temporalmente en caso de reemplazo de R / F . La "propiedad" se reasigna nuevamente al siguiente Read Miss con cachés "compartidas limpias".

- Uso de la "línea compartida"

• Operaciones
• Escribir Asignar
• Intervención : de MER/F
• Escribir Invalidar
• Copia de respaldo : reemplazo M

MESI y MOESI son los protocolos más populares.

Es común pensar que MOESI es una extensión del protocolo MESI y, por lo tanto, más sofisticado y eficaz. Esto solo es cierto si se compara con el MESI estándar, es decir, el MESI sin intervención compartida. El MESI con intervención compartida, como el MESI de Illinois o los protocolos equivalentes de 5 estados (MERSI/MESIF) , es mucho más eficaz que el protocolo MOESI .

En MOESI, las operaciones de caché a caché se realizan únicamente sobre datos modificados. En cambio, en los protocolos MESI tipo Illinois y MERSI/MESIF , las operaciones de caché a caché se realizan siempre tanto con datos limpios como modificados. En caso de datos modificados, la intervención la realiza el "propietario" M, pero la propiedad no se pierde, ya que se migra a otra caché (caché de lectura/escritura en MERSI/MESIF o una caché seleccionada como la de tipo Illinois ). La única diferencia es que el MM debe actualizarse. Sin embargo, también en MOESI esta transacción debe realizarse posteriormente en caso de reemplazo, si no se produce ninguna otra modificación mientras tanto. No obstante, este es un límite menor en comparación con las transacciones de memoria debido a la no intervención, como en el caso de datos limpios para el protocolo MOESI. (Véase, por ejemplo, "Evaluación del rendimiento entre MOESI (Shanghai) y MESIF Nehalem-EP" ^{[ 21 ]} ).

Los sistemas más avanzados utilizan únicamente el protocolo R-MESI/MESIF o los protocolos más completos RT-MESI , HRT-ST-MESI y POWER4 IBM , que son una fusión mejorada de los protocolos MESI y MOESI.

Nota: La comunicación caché a caché es un método eficiente en sistemas multiprocesador/multinúcleo con conexiones directas entre cachés, pero resulta menos eficiente en cachés remotas , como en sistemas NUMA , donde se prefiere un MESI estándar . Por ejemplo, el protocolo POWER4 de IBM con Intervención Compartida solo se realiza de forma local, no entre módulos remotos.

 Estados RT-MESI  Protocolo patentado por IBM ^{[ 11 ] [ 12 ]}

• Características:

- Fusión de MESI y MOESI

- Intervención compartida + Intervención con datos sucios (tanto en datos limpios como sucios)

- Misma funcionalidad del protocolo R-MESI con un nuevo estado T = Etiquetado, equivalente al estado O.

- Migración de "Dueño sucio"

- El "propietario" (tanto compartido como modificado) es siempre la última caché solicitante (el nuevo "propietario" ( LRU ) tiene menos probabilidades de ser desasignado pronto en comparación con el anterior).

- Los "propietarios" son T , M , E , R (todos excepto S )

- Uso de la "línea compartida"

Operaciones del procesador

• Lee a la señorita

- Si existe una copia M o T (propiedad sucia) en otra caché, los datos son suministrados por esta caché (intervención sucia). La caché solicitante se establece en T y las copias M o T anteriores se modifican en S.

- Si existe una copia E o R (propiedad compartida) en otra caché, los datos son suministrados por esta caché (intervención compartida). Los datos solicitados se establecen en R y E o R se modifican en S.

- de lo contrario, los datos se leen desde MM y la caché se establece en R.

• Escribir éxito

- Si la caché es M o E (exclusividad), la escritura puede realizarse localmente sin ninguna otra acción.

- de lo contrario T o R o S (compartir) se envía una transacción de "invalidación" en el bus para invalidar todas las demás cachés.

- La caché está configurada (o permanece) en M y todas las demás cachés están configuradas en I.

• Escríbele a la señorita

- La operación RWITM se envía al autobús

- Los datos son suministrados por el "propietario" o por el MM como en Read Miss, luego los datos se escriben (actualizan) en la caché.

- La caché está configurada como M y todas las demás cachés están configuradas como I.

• Transacciones de autobuses

• Autobús Leer

- Si la caché es T , M , R o E, los datos se envían a la caché solicitante (intervención).

- La caché está configurada (o permanece) en S

• Lectura de autobús – ( RWITM )

- Si la caché es T , M , R o E, los datos se envían a la caché solicitante (intervención).

- La caché está configurada como "Inválida" ( I )

• Transacción inválida de autobús

- La caché está configurada como "Inválida" ( I )

• Operaciones
• Escribir Asignar
• Intervención : de TMRE
• Escribir Invalidar
• Copia de respaldo : reemplazo de la marca registrada

Es una mejora del protocolo RT-MESI ^{[ 12 ]} y es un subconjunto del protocolo HRT-ST-MESI ^{[ 11 ].}

S _T = Etiquetado compartido

- El uso del estado "Shared-Tagged" permite mantener la intervención después de la desasignación de una línea de caché etiquetada.

- En caso de reemplazo de T (desasignación de línea de caché), los datos deben escribirse de nuevo en MM y, por lo tanto, se pierde la "propiedad". Para evitar esto, se puede utilizar un nuevo estado S _T. En Read Miss , el T anterior se establece en S _T en lugar de S. S _T es el candidato para reemplazar la propiedad en caso de desasignación de T. La transacción "Copiar de vuelta" de T se detiene (sin actualización de MM) por la caché S _T que cambia su estado en T. En caso de una nueva lectura de otra caché, esta última se establece en T , el T anterior se cambia en S _T y el S _T anterior se cambia en S.

Se puede obtener una mejora adicional utilizando más de _{un estado} ST , _ST1 , ST2 , … STn _.

- En Read Miss, T se cambia en S _T1 y todos los índices de los demás S _Ti se incrementan en "1.

- En caso de desasignación de T , S _T1 detiene la transacción "Copiar atrás", cambia su estado en T y todos los índices de los demás S _Ti disminuyen en "1".

- En caso de una desasignación, por ejemplo S _Tk , la cadena se interrumpirá y todos los S _Ti con índice mayor que "k" se aflojarán automáticamente en términos de S _T y se considerarán de facto solo como estados S simples incluso si se establecen como S _T. Todo esto porque solo S _T1 interviene para bloquearse y reemplazarse a sí mismo con T. Por ejemplo, si tenemos un tipo de situación T , S _T1 , S _T3 , S _T4 con S _T2 reemplazado, si T se reemplaza la nueva situación será T , S _T2 , S _T3 sin ningún S _T1 .

IBM patentó el protocolo completo HRT-ST-MESI ^{[ 11 ] [ 12 ]}

- Estado I = Etiqueta no válida (*) – Datos no válidos - Estado H = Etiqueta válida – Datos no válidos

- El estado I se establece durante la inicialización de la caché y su estado cambia solo después de un fallo de lectura o escritura del procesador. Después, no devolverá más en este estado.

- H tiene la misma funcionalidad que el estado I , pero además con la capacidad de capturar cualquier transacción de bus que coincida con la etiqueta del directorio y actualizar la caché de datos.

- Después de la primera utilización, I es reemplazada por H en sus funciones.

- Las características principales son  :

- Responde

- Intervención tanto en el intercambio de datos limpios como sucios – de TMRE

- Reservar estados de los etiquetados (etiquetados compartidos)

- Actualización automática del estado H (Hover) no válida

(*) – Nota: La etiqueta para la definición siempre es válida, pero hasta la primera actualización de la línea de caché se considera inválida para evitar actualizar la caché también cuando esta línea ya no se ha requerido ni utilizado.

 Estados MT-Me-SI -Mu-S _L = RT-MESI+Mu ^{[ 9 ]}

- Uso de la "línea compartida"

• Utilizado en sistemas multinúcleo/modulares : caché L2 múltiple ^{[ 9 ]}
• Este protocolo es equivalente al protocolo RT-MESI para sistemas con múltiples cachés L2 en sistemas multimodulares.

• S _L - "Último compartido" equivalente a R en RT-MESI
• Yo - "Válido Exclusivo" = E
• Mu – estado modificado no solicitado

- estado especial: se solicita una reserva para cargar y almacenar palabras dobles (para implementaciones de 64 bits)

• La "intervención compartida" de SL se realiza únicamente entre cachés L2 del mismo módulo _.
• La "intervención sucia" de T se realiza únicamente entre cachés L2 del mismo módulo.
• Operaciones

- Escribir Asignar

- Intervención : de MT-VE-S _L = MOES _L

- Escribir Invalidar

- Copia de retorno : reemplazo de MT

- Nota  : T y S _L – Intervención únicamente en el módulo de localización