[发明专利]一种实现高速缓存一致性协议的分层系统及其方法

权利要求书

1.一种实现高速缓存一致性协议的分层系统，所述系统中具有多个内核，其特征在于，将所述多个内核划分为若干组，每个组作为一个节点，为系统的第一层；所述节点与节点之间为系统的第二层；所述节点中设有节点控制器，所述节点控制器一端与所述home节点控制器连接，所述home节点控制器的另一端分别与节点目录存储器和二级高速缓存连接。

2.根据权利要求1所述的分层系统，其特征在于，所述节点中的每个内核还连接有高速缓存控制器；

高速缓存存储模块，一端与所述内核连接，另一端与所述高速缓存控制器连接；

高速缓存目录存储器，与所述高速缓存控制器连接；

总线，与所述节点中的各个高速缓存控制器连接；

所述节点控制器的另一端与所述总线连接。

3.根据权利要求1或2所述的分层系统，其特征在于，所述节点控制器包括请求信号处理模块，数据写回模块，片上网络数据接口以及home节点数据接口。

4.根据权利要求1所述的分层系统，其特征在于，所述home节点控制器设有请求信号处理模块，数据写回模块以及二级高速缓存读取模块。

5.根据权利要求1所述的分层系统，其特征在于，所述第一层采用共享总线架构，所述第二层采用片上互联网络架构；所述两种架构通过每个节点的节点控制器转发两种协议发出的一致性维护信号，使得两种协议之间可以相互通信，进而维护整个系统的高速缓存一致性。

6.一种使用权利要求1所述的分层系统实现高速缓存一致的方法，其特征在于，所述每个内核通过其高速缓存控制器连接到总线上，而高速缓存之间的数据交换以及维护高速缓存一致性所需要的命令都是通过总线实现传递，每个节点中都设有与所述总线连接的节点控制器，其与片上互联网络以及home节点控制器相连，用于进行节点内部与片上互联网络之间的通信，所述方法包括以下步骤：

（1）当内核向高速缓存中发出读数据请求时，高速缓存内没有内核所需要读取的数据时，就会出现读缺失的情况。此时高速缓存控制器会向总线广播读缺失信号，用来请求数据，总线上其它内核监听到此信号后，查找本地私有高速缓存确定是否拥有最新数据，如果拥有最新数据则将数据发送给请求该数据的高速缓存，所述内核再从高速缓存中读取数据。

（2）当所述内核对本地高速缓存进行读操作，本地高速缓存内没有内核所需要读取的数据，而所请求的数据副本只存在于二级的高速缓存中时，此时本地节点控制器会将请求信号转发给home节点控制器，由home节点控制器通过目录查找的方式寻找具有有效数据块的二级高速缓存，然后从该二级高速缓存中读取相应的数据，将数据打包，并根据数据请求信号的不同修改目录存储器，再由片上互联网络结点根据路由算法，将数据包发送到请求节点，所述请求节点的节点控制器接收并将数据解包后，通过所述总线发送到请求数据的高速缓存，当本地高速缓存收到最新数据后，修改数据块状态，所述内核再从高速缓存中读取数据。

（3）当所述内核对本地高速缓存进行读操作，如果所述本地高速缓存中没有对应的数据副本，而所述内核所在节点内的其它高速缓存也不具有有效的数据副本时，所述节点控制器会将请求信号通过home节点控制器转发到节点目录存储器，所述节点目录存储器将通过查找目录，确定系统中哪个节点中的内核所连接的高速缓存拥有所请求的数据副本，并通过home节点控制器将请求信号转发到所述拥有数据副本的节点中，由所述的节点控制器广播到节点内部总线上，当拥有该数据副本的高速缓存接收到此数据请求信号时，将数据通过总线发送至其所在的节点控制器，同时根据请求信号的不同修改该数据块状态，再由其所在的节点控制器将数据打包，然后经片上互联网络并根据路由算法，决定路由的方向，将数据包发送到请求节点，所述请求节点的节点控制器接收并将数据解包后，通过所述总线发送到请求数据的高速缓存，当本地高速缓存收到最新数据后，修改数据块状态，所述内核再从高速缓存中读取数据。

7.根据权利要求6所述的实现高速缓存一致的方法，其特征在于，所述节点目录存储器用于存放系统中所有内核对某一数据副本的占有情况。