SpeicherKohärenzprotokolle

SpeicherKohärenzprotokolle sind Mechanismen, die in Computersystemen mit mehreren Prozessoren oder Kernen verwendet werden, um sicherzustellen, dass alle Prozessoren eine konsistente Sicht auf den Hauptspeicher haben. Wenn mehrere Prozessoren gleichzeitig auf dieselben Speicherstellen zugreifen, können Inkonsistenzen auftreten, wenn ein Prozessor Daten ändert, die ein anderer Prozessor bereits gelesen hat. SpeicherKohärenzprotokolle verhindern solche Probleme.

Es gibt zwei Hauptkategorien von SpeicherKohärenzprotokollen: Snooping-basierte und Verzeichnis-basierte Protokolle. Snooping-basierte Protokolle sind typischerweise in kleineren Systemen mit gemeinsam genutzten Bussen zu finden. Jeder Cache "lauscht" auf der Speicherbusleitung nach Speicheroperationen, die von anderen Caches durchgeführt werden. Wenn ein Cache eine Schreiboperation auf eine von ihm gecachte Zeile erkennt, invalidiert er seine eigene Kopie oder aktualisiert sie.

Verzeichnis-basierte Protokolle werden in größeren Systemen eingesetzt, die nicht mehr auf einen einzelnen Bus angewiesen sind. Anstatt dass jeder Cache alles belauscht, gibt es eine zentrale Datenstruktur, das Verzeichnis, das den Status jeder Speicherzeile verfolgt und angibt, welche Caches diese Zeile aktuell halten. Wenn ein Prozessor eine Speicheroperation durchführen möchte, kontaktiert er das Verzeichnis, das dann die erforderlichen Benachrichtigungen an andere Caches sendet, um die Konsistenz zu gewährleisten.

Die Implementierung von SpeicherKohärenzprotokollen ist entscheidend für die korrekte Funktionsweise von parallelen Verarbeitungsanwendungen, bei denen mehrere Threads oder Prozesse auf gemeinsame Daten zugreifen. Ohne diese Protokolle könnten Programme unerwartete Ergebnisse liefern oder abstürzen. Die Wahl des Protokolls hängt von der Skalierbarkeit, Leistung und den Kosten des Systems ab.