【计算机体系架构】 MESI缓冲一致性

高并发学习参考
https://blog.csdn.net/MrYushiwen/article/details/123049838
https://cloud.tencent.com/developer/article/2197857

ESI 是指Cache 行的三种一致性状态：E（Exclusive，独占），S（Shared，共享），I （Invalid，无效）。Invalid状态表示当前Cache行是无效的，对其进行任何读写操作都会引发缓存缺失（Cache Miss）。Shared状态表明当前Cache行可能被多个处理器核共享，只能读取，不能写入，对其写入也会引发缓存缺失。Exclusive状态表明对应Cache行被当前处理器核独占，该处理器核可以任意读写这个Cache行，而其他处理器核如果想读写这个Cache行需要请求占有这个Cache行的处理器核释放该Cache行。

MESI 在ESI 的基础上增加了M（Modified，修改）状态。其中Shared状态和Invalid状态和ESI的完全一样，而Exclusive 状态表示当前Cache块虽然被当前处理器核独占，但是还没有被修改，与内存中的数据保持一致，如果处理器核想将其替换出去，并不需要将该Cache行写回内存。Modified状态表示当前Cache行被当前处理器核独占并且已经被修改过了，如果处理器核想替换该Cache行，需要将该Cache行写回内存。与ESI协议相比，增加一个Modified状态的优点是减少了Cache到内存的数据传输次数，Cache只需要将Modified状态的Cache行写回内存。

在多核处理器系统中，同一份数据可能同时被读取到多个核心的缓存，当CPU写数据时，需要保证数据在多个核心cache之间的一致性。

MESI（Modified, Exclusive, Shared, Invalid）协议就是一种广泛使用的缓存一致性协议。MESI协议定义了四种状态来标记缓存行的状态，分别是Modified（修改）、Exclusive（独占）、Shared（共享）和Invalid（无效）。

1. Modified状态：表示当前缓存行的数据是修改过的（即与主内存中的数据不一致），并且只在当前CPU的缓存中是修改过的。

2. Exclusive状态：表示当前缓存行的数据是有效的，且在其他CPU的缓存中没有该行数据。同时，当前缓存行数据与内存中的数据相同。

3. Shared状态：表示多个CPU的缓存中均缓存有这行数据，并且缓存中的数据与内存中的数据一致。

4. Invalid状态：表示当前缓存行中的数据无效。

在MESI协议中，每个Cache的Cache控制器不仅知道自己的读写操作，而且也监听其它Cache的读写操作。当发生读写操作时，Cache控制器会根据操作类型和当前状态进行相应的状态转换。