[发明专利]用于管理高速缓存一致性的方法

说明书

本发明涉及一种通过共享的存储器在两个处理单元之间发送消息的方法，该消息包括完整性校验和报头，所述方法包括以下步骤：第一处理单元生成(501)第一伪随机二进制字符串；通过应用依赖于所生成的第一伪随机二进制字符串的对合变换来对待发送的消息加密(502)；发送并在共享的存储器中存储(503)已加密的消息；第二处理单元生成(504)第二伪随机二进制字符串；通过应用依赖于所述第二伪随机二进制字符串的对合变换、解密所述消息的报头(505)、验证已解密的报头(505)、以及根据验证的结果来解密完整的消息(506)来对所存储的消息解密；基于已解密的消息的完整性校验来验证(507)所述已解密消息的完整性。

技术领域

本发明的主题是一种用于管理高速缓存一致性的机制。

更具体地，本发明涉及一种在通过共享存储器来共享数据的两个处理单元之间的数据交换方法。

背景技术

为了满足不断增长的对计算能力的需求，在计算机系统中使用的处理器必须能够执行高于以往的每秒操作数量。多年来，处理器工作频率的提高使得能够提出满足不断增长的对计算机能力的需求的处理器。由于工作频率的提高还会增加所释放的热量，因而处理器刻蚀的细度(fineness)已逐步降低以将待耗散的热量控制在在可接受的限度内。然而，随着刻蚀细度已低至一微米以下且现已达到十纳米左右，微处理器电路的小型化已变得比以往更加复杂。

因此，已研究出另一种方法，以在待耗散的热量不增加或者仅略微增加的情况下下继续增强处理器的计算能力：同时并行地执行多个操作，而不是寻求增加由同一执行核心顺序执行的操作数量。因此研发出了多核处理器。

此外，为了减少处理器执行指令的执行时间，为每个执行核心添加了高速缓冲存储器。所述存储器是位于系统的核心与随机存取存储器(RAM)之间的存储器。由于该存储器的访问时间比随机存取存储器的访问时间短得多，因此核心可更快地访问存储在该存储器中的某些数据，从而使得能够加快指令的执行。

对于微处理器系统，如图1所示，每个执行核心可具有不与其他核心共享的高速缓冲存储器。在所述配置中，如果共享存储器中由第一核心修改的数据也包含在第二核心的高速缓存中并且没有更新为由第一核心执行的修改，那么第一核心对共享存储器中的数据进行的修改会引起两个核心的高速缓存之间的不一致。因此，存在第二核心将从自身高速缓存中读取不正确数据的风险。因此，有必要提供有效的机制来确保多核处理器的不同执行核心的高速缓存之间的一致性。

为满足该问题所研发的一种机制是通过“窥探(espionnqge)”获得一致性。根据所述机制，对存储器的每次写入通过由处理器的所有核心共享的总线发送。通过在共享总线上的窥探，每个核心因而可以获知其他核心的存储器写入操作，并由此能够更新自身的缓存以确保该高速缓存与其他核心的高速缓存的一致性。

由于高速缓存的尺寸减小，因此有必要更新(renouveler)高速缓存的内容以使出现缓存缺陷的可能性最小化，即，使核心在自身高速缓存中找到其试图读取的数据的可能性最大化，从而避免在更高级别的高速缓存或RAM中提取所述数据。如果在缓存中修改的数据仅写入RAM，当该数据在高速缓存更新时被从该缓存中删除的时候，那么将数据写入高速缓存和将相同的数据写入RAM在时间上会出现偏差。根据所用的高速缓存更新算法，数据被写入存储器的顺序甚至可能与这些数据之前被输入高速缓存的顺序不同。因此，采用窥探一致性机制可能出现以下情况：对第一核心的写入操作进行窥探的第二核心会在对应的数据已写入共享存储器或完成写入共享存储器之前就获知第一核心的写入指针的变化。那么这会导致第二核心使用与第一核心更新的数据不对应的数据来更新自身的高速缓存。于是高速缓存一致性无法再得到保障。

避免所述问题的一个方案在于使第二核心在读取共享存储器中更新的数据之前等待一定的时间，以在读取操作之前留下用于将更新的数据写入共享存储器的时间。然而，所述方案减缓了缓存的更新并由此降低了处理器的性能水平。