[发明专利]一种多核处理器目录缓存替换方法

权利要求书

1.一种多核处理器目录缓存替换方法，其特征是：

多核处理器采用两级缓存结构，每个处理器核组合一个L1Cache，所有的处理器核共享L2Cache；

L1Cache之间通过目录缓存维护数据一致性，根据目录缓存与L1Cache的交互消息，确定每个处理器核对应的L1Cache的某个缓存组发生的无消息替换次数：处理器核发出请求访问给L1Cache，如果L1Cache命中则返回数据或者确认消息；如果L1Cache缺失，则在L1Cache当中选择一个空闲项保存从L2Cache或者内存当中返回的数据，如果L1Cache当中没有空闲项，则选择一项发生替换；以上述条件确定每个处理器核对应的L1Cache的某个缓存组发生的无消息替换次数；

确定无消息替换次数具体过程为：

利用GETX(S)+GETS(S)＝Rep(S)+INV-ALL(S)+ASSOC式1

Rep(S)＝SRep(S)+ERep(S)式2

PUTX(S)＝ERep(S)+INV-L1M(S)式3

SRep(S)＝GETX(S)+GETS(S)-INV-ALL(S)-ASSOC-(PUTX(S)-INV-L1M(S)) 式4

针对每个处理器核对应的L1Cache的某一缓存组，称缓存组S，Directory Cache收到的来自该处理器的数据请求总数与该处理器L1Cache发生的缓存块替换次数、目录缓存向该处理器核发出的INV总数以及其L1Cache的组相联度的总和相同，用式1表示，其中GETX(S)表示L1Cache针对缓存组S发出独占请求的数量，GETS(S)表示L1Cache针对缓存组S发出共享读请求的次数，Rep(S)是L1Cache中针对缓存组S发生的替换总数，INV-ALL(S)是Directory Cache针对缓存组S发出的INV消息总数，ASSOC是L1Cache的组相联度；

L1Cache发生的缓存块替换可以分成两类有消息的替换与无消息的替换，其中Srep(S)表示L1Cache中针对缓存组S发生的无消息替换次数，ERep(S)表示L1Cache中针对缓存组S发生的有消息替换次数；

针对缓存组S，L1Cache写回数据由两类事件引起，分别是替换L1Cache中的脏数据与使无效L1Cache中的脏数据，即M状态的数据，用式3所示，其中PUTX(S)表示L1Cache针对缓存组S发出的数据写回，INV-L1M(S)表示目录缓存使无效L1Cache中的脏数据；

式4即通过目录缓存观测到的数据得出缓存组S的无消息替换次数，其中INV-L1M表示的是目录缓存发出的INV但是没有收到INV-ACK的这一部分消息；

为目录缓存增设每个L1Cache缓存组的无消息替换计数向量组，保存每个L1Cache在该缓存组发生的无消息替换次数；

当目录缓存发生替换时，根据当前的替换策略、目录缓存块的共享状态向量以及无消息替换计数向量的状态，来共同决定被替换的缓存块，以便节省目录缓存空间。

2.根据权利要求1所述的一种多核处理器目录缓存替换方法，其特征是所述的无消息替换计数向量组，即SRC cache，是一个M路组相联的缓存，每一路缓存共有S项缓存块，其每一项缓存块包含一个N项整数的向量，N为处理器核数，整数向量的每一个元素用来保存该处理器核对应的L1Cache在该缓存组发生的无消息替换次数；SRC cache与L1Cache在其他方面具有相同的配置。

3.根据权利要求2所述的一种多核处理器目录缓存替换方法，其特征是所述的决定被替换的缓存块的过程为：

当目录缓存处理新请求发生缺失时，如果该缓存组中存在空闲项，则不执行替换，给新请求分配空闲项；

如果该缓存组中没有空闲项，则执行替换：给该缓存组的每个缓存块都计算权值，优先替换权值低于阈值的缓存块；如果所有的缓存块都没有低于阈值，根据pseudo-LRU策略执行替换。

4.根据权利要求3所述的一种多核处理器目录缓存替换方法，其特征是所述的计算权值是指：

利用如下式5

目录缓存块的共享状态向量为SL(Line)＝C0C1C2…CN-1，CK∈{0,1}，则每个缓存块的权重W(Line)用式5表示，其中C[K]与SR[K]分别表示SL(Line)与SR(Line)的第K+1位，当SR[K]等于零时，有下式：

且

x是自然数。