[发明专利]多核处理器系统的缓存目录处理方法和目录控制器

说明书

一种多核处理器系统的缓存目录处理方法及目录控制器(600、700)，该方法包括：获取多核处理器系统的共享存储空间中第一类存储空间在该共享存储空间的目录中对应的第一目录项，其中，该第一类存储空间包括多个第二类存储空间，该第一目录项包括第二类目录项或第二类目录项和第一类目录项；根据该第一目录项中各个目录项，按照访问类型和共享者对该第一目录项进行目录项分类合并操作，形成该第一类存储空间的第二目录项(202)；当该第二目录项的记录数小于该第一目录项的记录数时，用该第二目录项替换该第一目录项，作为该第一类存储空间在该共享存储空间的目录中对应的目录项(203)。

技术领域

本发明涉及计算机领域，并且更具体地，涉及多核处理器系统的缓存目录处理方法和目录控制器。

背景技术

多核处理器(Multi-core processor)，是在一个单一的处理器芯片上集成多个处理器核，形成一个中央处理单元。独立实体中央处理单元也被称为处理器核、内核或核(core)，是CPU最重要的组成部分，CPU所有的计算、接收/存储命令、处理数据都由处理器核执行。各种CPU处理器核都具有固定的逻辑结构，一级缓存、二级缓存、执行单元、指令级单元和总线接口等。

处理器是计算机系统的核心部件，面对应用程序对高吞吐量数据处理能力的日益增长的需求，传统的提高单核处理器性能的方案受到集成度、功耗、延迟的制约，现如今业界普遍采用以多个简单的核来替代单个复杂核的片上多核设计方案。由于多个处理器核需要共享物理内存，且各个处理器核都拥有自己的私有缓存，当一个处理器核访问共享物理内存时，往往需要将该共享物理内存的数据块拷贝到自己的私有缓存中，以加速数据的访问。当多个处理器核访问共享物理内存时，该共享物理内存中的数据块的副本将存在多个处理器核的私有缓存中，因此需要高速缓存一致性协议来管理数据的共享保持这些副本的一致性，当某个处理器核对共享数据块或者其副本进行写操作时就可以发送写无效或者写更新操作到存有该缓存块副本的处理器核中，避免数据不一致的问题。具体地，可通过记录数据块(或数据块区间)的缓存状态来保持缓存的一致性。数据块(或数据块区间)的缓存状态，可包括数据块(或数据块区间)的访问类型和共享者。

当前主要有两种缓存一致性协议：一种是基于监听总线的一致性协议；一种是基于目录结构的一致性协议。对于基于目录结构的一致性协议来说，单个处理器核的访存需求会首先发送到拥有被访问缓存块的目录结构中，该目录结构记录该缓存块的共享情况，而写无效或者写更新操作仅仅发送到目录结构中记录的处理器核中，因此避免了不必要的带宽开销。对于基于目录结构的一致性协议来说，由于目录结构自身也会占用片上存储空间，一个重要的研究内容就是如何降低目录结构自身的存储开销。

本发明的一种现有技术，将一定数量的数据块分成若干个数据块区间，每个数据块区间包含多个数据块，用一个共享的区间目录项来表示该数据块区间的缓存状态，同时用一个或多个行目录项作为补充，区间目录项下的一个行目录项对应于区间目录项所对应的数据块区间的一个数据块，用于表示该数据块的缓存状态，其缓存状态与区间目录项的缓存状态不同。如果一个区间的数据块有多个都存在频繁的写操作，则会产生多个行目录项，导致总的目录项数量非常大，无法降低目录项占用的存储开销。

本发明的另一种现有技术，将一定数量的数据块分成若干个数据块区间，每个数据块区间包含多个数据块，用一个私有的区间目录项来表示该数据块区间的缓存状态。同时用一个或多个行目录项作为补充，区间目录项下的一个行目录项对应于区间目录项所对应的数据块区间的一个数据块，用于表示该数据块的缓存状态，其缓存状态与区间目录项的缓存状态不同。如果一个区间的数据块中有多个被其他处理器节点频繁的读写操作，则会产生多个行目录项，也会增大总的目录项数量及其存储开销。

需要一种技术方案，能够正确表示数据块的共享状态，同时提高目录的片上存储空间的利用率。

发明内容

本发明实施例提供一种多核处理器系统的缓存目录处理方法和目录控制器，能够在正确表示数据块的共享状态的前提下，一定程度上提高目录的片上存储空间的利用率。