[发明专利]用于处理经发布至数据处理设备内本地高速缓存结构的访问操作的设备与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于处理发布至数据处理设备内本地高速缓存结构的访问操作的设备与方法，具体地，其中该数据处理设备提供多个处理单元，该多个处理单元的每一个各自具有这种本地高速缓存结构。

背景技术

已知两个或两个以上处理单元(例如，处理器核心)共享对共享存储器的访问的多重处理系统。通常，这种系统用于通过将不同处理器核心配置成并行执行各别数据处理操作，而获得较高性能。

为进一步改善访问多重处理系统内的数据的速度，已知为处理单元中的每一个提供至少一个本地高速缓存结构，该本地高速缓存结构用于储存保存于共享存储器中的数据的子集。这种本地高速缓存结构可采用各样形式，例如，用以储存由处理单元处理的数据的数据高速缓存、用以储存由处理单元执行的指令的指令高速缓存、在将由处理单元发布的虚拟地址转换为物理地址时，用以储存所使用的页表信息的转换旁视缓冲器(TLB)等。

在多重处理系统内，应用程序可自一个处理单元迁移至另一处理单元。因此，存在以下可能性：在一个处理单元上执行时，由应用程序使用的数据在应用程序已迁移至另一处理单元的后，可继续在该处理单元的本地高速缓存结构中被高速缓存。虽然，已知提供一致性机制，来追踪保留在各样本地高速缓存结构中的数据，以确保处理单元将始终访问最新版本的数据，以下情况仍可发生：在本地高速缓存结构的一个或多个条目上执行的操作，可能不会对保存于另一处理单元的本地高速缓存结构中的数据执行相应的操作，而此时这种操作的执行将较合适。这种情况的一个示例为高速缓存维护操作的执行。

通常，高速缓存维护操作是由操作系统发布的，以更新本地高速缓存结构中的一个或多个条目的状态。如果操作系统未完全感知由数据处理设备提供的多个处理单元，例如可为以下状况：如果该操作系统为由超管理器软件层自硬件平台屏蔽的单处理器操作系统，则该操作系统可发布高速缓存维护操作，该高速缓存维护操作仅将对本地高速缓存结构执行，该本地高速缓存结构与正执行的操作系统所在的处理单元相关联，即使该高速缓存维护操作将应用的资料可储存于另一处理单元的本地高速缓存结构中。仅仅举例而言，考虑以下情形：高速缓存维护操作识别出：特定地址范围或特定程序识别符(程序ID)的任何高速缓存条目应为无效。当对于当前正执行的操作系统所在的处理单元的本地高速缓存结构执行该操作时，则这种高速缓存维护操作将恰当地使该本地高速缓存结构中的任何条目无效，该本地高速缓存结构未于特定地址范围内，或与特定程序ID相关联。然而，对于保存于任何其他处理单元的相应本地高速缓存结构中的数据，将不采取动作。如的前所述，实际上，该举措仍可保留数据，该数据意欲成为这种高速缓存维护操作的操作对象，但由于操作系统未感知硬件架构，所以条目将不为高速缓存维护操作的操作对象。

虽然此问题不仅将在使用超管理器软件时出现，但通常该问题可能在使用超管理器软件层时出现。具体地，多重处理系统可执行超管理器软件，以支持至少一个虚拟机在处理电路系统上的执行，每一虚拟机包括执行一个或多个应用程序的操作是统。在这种环境中，操作系统与一个或多个应用程序都无需了解下层硬件平台，且尤其将不需感知正在使用多重处理系统。因此，应用程序及/或操作系统可发布以单处理器环境为前提的高速缓存维护操作，且因此可能生成上述的问题。

对超管理器而言，解决这种问题的一个方法为，当操作系统及/或应用程序自一个处理单元迁移(在本文中还称为“切换”)至另一处理单元时，执行各样高速缓存维护操作。例如，在允许被切换的操作系统及/或应用程序在新处理器核心上开始操作的前，超管理器可广泛地执行数据高速缓存清除及无效操作、指令高速缓存无效操作、TLB无效操作等。然而，虽然这种方法将解决该问题，但这种方法显著地影响了性能，且尤其让使用多重处理平台的潜在益处不得实现。