1.缓存一致性协议是什么？

缓存一致性协议（Cache Coherence Protocol）是确保在多处理器或多核系统中，当多个处理器或核心共享同一个内存区域时，各自缓存中的数据始终保持一致的规则和机制。其主要目的是解决由于缓存副本之间数据不同步而引起的数据不一致问题。

2.为什么要有缓存一致性？

在多处理器或多核系统中，每个处理器通常都有自己的缓存，用于加速内存访问。如果多个处理器或核心同时访问并可能修改共享的数据，缓存不一致的问题就会出现。

这可能导致：

• 数据不一致：不同处理器或核心访问同一变量时，可能会看到不同的值。

• 程序错误：由于数据的不一致，可能导致程序出现难以调试的错误，影响系统的可靠性和正确性。

• 效率低下：如果不处理缓存一致性问题，可能需要频繁地刷新缓存或直接从主内存读取数据，严重影响系统性能。

3.有哪些缓存一致性协议？

(1)写无效协议

• 原理：当一个处理器修改某个缓存行的数据时，它会使其他处理器缓存中该缓存行的数据失效。这意味着其他处理器如果需要访问该数据，必须重新从主内存中读取。

• 典型例子：MESI 协议。

  • 如果一个缓存行处于 Modified 状态，且另一个处理器请求该数据，首先需要将数据写回主内存，并将该缓存行的状态改为 Invalid。
  • 当一个处理器需要写入一个共享的缓存行时，必须通知其他处理器将其缓存行标记为 Invalid，然后将该行状态改为 Modified。

(2)写更新协议

• 原理：当一个处理器修改某个缓存行的数据时，它会将新的数据广播给其他处理器，以便更新它们的缓存内容。这样其他处理器的缓存可以保持数据的最新状态。
• 典型例子：MOESI 协议中的 O 状态（Owned）。
  • MOESI 协议：类似于 MESI 协议，但增加了 Owned 状态，允许多个处理器持有数据副本，其中一个处理器拥有数据的最新版本，其它处理器持有的为旧版本。

(3)总线监听

• 原理：每个处理器监听共享总线上的内存操作。当一个处理器发出内存写请求时，其他处理器会检查自己缓存中是否有该数据，如果有，则根据一致性协议进行相应的操作（如失效或更新）。