Cachecoherentie

Cachecoherentie is het eigenschap waarmee in een multiprocessor- of multi-core-systeem wordt gewaarborgd dat alle caches een consistente weergave van een gedeelde geheugenlocatie behouden. Als meerdere cores kopieën van dezelfde geheugenlijn in hun caches hebben, kan een schrijfoperatie door de ene core niet onmiddellijk zichtbaar zijn voor de andere cores. Coherentie-algoritmen zorgen ervoor dat caches een eenduidige waarde opleveren bij lezingen en bij volgende writes.

Er zijn twee hoofdbenaderingen voor cachecoherentie: snooping en directory-gebaseerde protocollen. Snooping werkt meestal op een gedeelde bus: caches luisteren naar transacties van andere caches en sturen invalideringen of updates wanneer nodig. Directory-gebaseerde protocollen gebruiken een centrale of gedistribueerde directory die bijhoudt welke caches een bepaalde geheugenlijn bezitten en regelt invalideringen of updates zonder alle caches op de bus te moeten belasten. Directory-gebaseerde protocollen schalen beter naar grotere aantallen cores.

Veelvoorkomende coherentieprotocollen zijn MSI, MESI en varianten zoals MOESI en MESIF. Een cachelijn kan in staten zoals Modified, Exclusive, Shared en Invalid verkeren (afhankelijk van het protocol). Modified betekent dat de lijn in die cache is gewijzigd en niet in geheugen staat; Exclusive betekent dat geen andere cache dezelfde lijn heeft; Shared geeft aan dat meerdere caches een geldige kopie hebben; Invalid duidt op een verlopen of ontbrekende kopie.

Coherentie is een fundamenteel aspect van moderne CPUs en SMP-systemen, en draait om de zichtbaarheid van wijzigingen en de consistentie van data, onafhankelijk van de beoogde geheugenorde en performance-overhead.