CA11 线程级并行

性能

Cache 性能

• 单处理器 Cache 未命中流量
• 失效操作和后续 Cache 未命中流量

一致性未命中：由处理器间通信引起的未命中

• 真实共享不命中：通过 Cache 一致性机制由数据通信引起的未命中
  • 处理器第一次对共享 Cache 块写操作引起的不命中
  • 另一个处理器对该 Cache 块中被修改数据字读操作未命中引起的
• 虚假共享不命中：使用每个缓存块单个有效位的失效一致性算法引起的未命中

目录协议

为了保证缓存数据的一致性，监听协议在每次缓存中不命中时均要求所有缓存之间进行通信

• 基本优势：成本低廉
• 致命弱点：可扩展性差

目录协议

• 目录保存每个缓存数据块的状态
• 目录内容
  • 哪个缓存拥有数据块副本
  • 数据块是否处于脏状态

在共享L3缓存中实现

• 每个数据块中保存比特矢量，矢量长度位处理器核数目
• 每个比特矢量表示私有L2中是否包含L3数据块的副本
• 无法扩展到L3之外

分布式目录

特点

• 内存和目录共同分布存储，以便不同的一致性请求转到不同的目录
• 在每个结点上添加目录以实现缓存一致性

同步

同步机制一般是由用户级软件程序构建的，而这些软件程序是以硬件提供的同步指令为基础的

需要一组具有原子读和修改内存内容的硬件原语。

• primitive 原语是构建各种用户级同步操作的基本构建
• 通常由系统程序员来编写

原子交换

• 内存位置的数值和寄存器中数值进行交换。
• 锁
• 交换应该是原子的
• 两个同时的交换将由写串行机制排序

测试且设置 test-and-set

• 如果测试通过，则置位

读取且递增 fetch-and-increment

单条不可中断指令完成内存读和写操作

基本构件

指令对

保留加载/条件存储

• 连接加载和加锁加载
• 保留加载指令 将rs1指定内存地址的内容加载到rd中，且在该内存位置设置保留地
• 条件存储指令 将rs2中数值存储到由rs1指定的内存位置
• 如果保留地内容被写入相同地址位置的其它指令破坏，则条件存储指令失效，在rs2中写入非0数值，如果成功写入0.
• 如果交换两条指令上下文内容，则条件存储指令永远失效

自旋锁

内存一致性模型

期末考试题型

选择题 6 * 5’ 类似于课堂测验

简答题 几句话回答 4 * 5’

计算题 关于指令并行性（tomasulo算法）10’

指令时空图 10’

线程级并行性 15’

存储层次（未命中） 15’