[发明专利]一种多核处理器目录缓存替换方法

摘要

本发明公开一种多核处理器目录缓存替换方法，属于计算机存储技术领域，具体为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；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；以便决定被替换的缓存块；本发明有效识别目录缓存中的无效项并进行有限替换，提高目录缓存的有效容量，提升多核处理器的整体性能。

主权项

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1Rep(S)＝SRep(S)+ERep(S)  式2PUTX(S)＝ERep(S)+INV‑L1M(S)  式3SRep(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。