DE102007030116A1

DE102007030116A1 - Snoop-Filter mit ausschließlicher Inhaberschaft

Info

Publication number: DE102007030116A1
Application number: DE102007030116A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey D. Portland Gilbert; Kai Portland Cheng; Liqun Salt Lake City Cheng
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2027-06-30
Also published as: JP4737691B2; GB0712625D0; CN101097545B; TW200815992A; GB2439650B; CN101097545A; DE102007030116B4; TWI336846B; JP2008027435A; US20080005485A1; GB2439650A; US7581068B2

Abstract

Ein Snoop-Filter gewährleistet Daten-Kohärenzinformation für eine Mehrzahl von Caches in einem Multiprozessorsystem. Der Snoop-Filter mit exklusivem Besitz speichert nur Einträge, die exklusiv von einem Prozessor besessen werden. Eine Kohärenz-Engine aktualisiert die Einträge in dem Snoop-Filter derart, daß ein Eintrag aus einem Snoop-Filter entfernt wird, wenn der Eintrag den exklusiven Zustand verläßt. Um Datenkohärenz sicherzustellen, implementiert die Kohärenz-Engine eine Ablaufsteuerungsregel, die eine Leseanforderung von einer Schreibanforderung abkoppelt.

Description

Beschreibung des Stands der Technik
In einem Multiprozessorsystem mit mehreren Caches kann jeder Cache eine Kopie von Daten aufweisen, die im Speicher gespeichert sind. Probleme erwachsen dann, wenn mehrere Kopien der Daten in den Caches nicht kohärent sind. Verschiedene Techniken sind entwickelt worden, um Datenkohärenz zu gewährleisten. Wenn zum Beispiel die Daten in einem Cache verändert wurden, werden andere Daten als ungültig gekennzeichnet, damit sie nicht verwendet werden.
Eine Kopie der Daten in dem Cache wird oft als eine Cachezeile, eine Speicherzeile oder eine Zeile bezeichnet. Als eine Snoop-Operation wird ein Vorgang bezeichnet, bei dem ein Agent eines Busses den Bus nach Speichertransaktionen überwacht, z. B. einen Lese/Schreib-Vorgang auf einen Hauptspeicher-Ort, der sich auch in einem Cache befindet. Der Agent kann die Zustände der Cachezeilen, die an den Speichertransaktionen beteiligt sind, in einem Verzeichnis, z. B. einem Snoop-Filter, aufzeichnen. Der Zustand der Cachezeile kann anzeigen, ob die Zeile nur eine gültige Kopie außerhalb des Hauptspeichers aufweist, mehrere gültige Kopien, die sich mehrere Caches teilen, aufweist oder invalidiert wurde. Ein Dateneintrag in dem Snoop-Filter wird oft durch seine Adresse im Hauptspeicher indiziert.
Es ist im allgemeinen erstrebenswert, einen großen Snoop-Filter vorzusehen, der eine Abdeckung bereitstellt, die mehrmals die gesamte Größe der Prozessorcaches beträgt (z. B. 8×-Abdeckung, was ein Fachbegriff ist, der anzeigt, daß der Snoop-Filter Informationen enthalten kann, die ungefähr acht mal so viele Cachezeilen beschreiben, wie die Caches, auf die sich der Snoop-Filter bezieht, enthalten können). Ein großer Snoop-Filter kann die Trefferrate der Prozessorcaches erhöhen und die Systemleistung verbessern. Weil die Größe der Prozessorcaches jedoch mit der Zeit ansteigt, ist es für Schaltugsdesigner jedoch aufgrund von Beschränkungen der Die-Größe schwierig, auch nur eine 1×-Abdeckung bereitzustellen. Daher wird für den Snoop-Filter manchmal der Raum knapp, um den Zustand einer Zeile für eine neue Speichertransaktion aufzuzeichnen, und sie müssen möglicherweise einen Eintrag aus dem Snoop-Filter entfernen, um die neue Transaktion unterzubringen. Sobald eine Eintrag aus dem Snoop-Filter entfernt ist, wird eine Invalidierungs-Rücknachricht an alle Prozessorcaches gesendet, die möglicherweise eine gültige Kopie der Zeile, die mit dem entfernten Eintrag verknüpft ist, enthalten. Experimente zeigen, daß eine bedeutende Anzahl von Cache-Fehlzugriffen (z. B. 20%) von Rück-Invalidierungen einer Cachezeile herrühren, die gerade verwendet werden sollte.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungen werden als Beispiel und nicht als Beschränkung in den Figuren dargestellt, bei denen gleiche Bezugszeichen ähnliche Elemente darstellen. Man beachte, daß Bezugnahme auf „eine" oder „die eine" Ausführung in dieser Offenbarung nicht notwendigerweise stets dieselbe Ausführung bezeichnen, und solche Bezeichnungen bedeuten mindestens eine.
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführung eines Multiprozessorsystems, welches eine Mehrzahl von Caches umfaßt.
2 ist ein Blockdiagramm einer Ausführung eines Kohärenzcontrollers des Multiprozessorsystems von 1, bei welcher der Kohärenzcontroller einen Snoop-Filter und eine Kohärenz-Engine umfaßt.
3 ist ein Beispiel eines Flußdiagramms, das ein Verfahren für eine Ablaufsteuerungsregel zeigt, die von der Kohärenz-Engine von 2 implementiert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf 1 kann eine Ausführung eines Multiprozessorsystems 10 eine Mehrzahl von Verarbeitungsknoten 17 umfassen, die mit einem Chipsatz 13 zusammengeschaltet sind. Jeder der Verarbeitungsknoten 17 kann einen oder mehrere Prozessoren 11 (zwei Prozessoren pro Verarbeitungsknoten sind gezeigt) und einen Cache 12 umfassen. Auf jeden der Caches 12 kann lokal von den Prozessoren 11 eines „Heimatknotens" (des Verarbeitungsknotens, in dem dieser Cache liegt) und entfernt von Prozessoren 11 von „Fremdknoten" (die Verarbeitungsknoten abgesehen von dem Heimatknoten) zugegriffen werden. Der Cache 12 wird als ein „lokaler Cache" mit Bezug auf die Prozessoren 11 des Heimatknotens bezeichnet. Die Verarbeitungsknoten 17 können mit dem Chipsatz 13 über einen oder mehrere Frontside-Busse (FSBs) 14 (nur zwei FSBs sind gezeigt) oder andere Arten von Datenwegen (z. B. Punkt-Zu-Punkt-Verbindungen) gekoppelt sein. Ein oder mehrere Verarbeitungsknoten 17 können auf einem einzigen Chip implementiert sein. das System 10 kann aufgrund der hohen gemeinsamen Prozessorleistung, die es besitzt, auch als ein Server-System verwendet werden. Das System 10 kann jedoch auch als Desktopcomputer oder irgend ein anderes Rechnersystem verwendet werden.
Der Chipsatz 13 kann einen Kohärenzcontroller 132 zur Verarbeitung von Anforderungen, die von den FSBs empfangen werden, und zur Aufrechterhaltung von Datenkohärenz zwischen den Caches 12 umfassen. Die Funktionen des Kohärenzcontrollers 132 werden unten im Detail mit Bezug auf 2 erörtert. Der Chipsatz 13 kann einen Speichercontroller 134 umfassen, um eine Schnittstelle für die Verarbeitungsknoten 17 und andere Komponenten des Systems 10 bereitzustellen, um auf Speicherplätze eines Speichers 15 zuzugreifen. Der Speicher 15 kann eine oder mehrere Arten von Speichervorrichtungen umfassen, wie beispielsweise Vorrichtungen mit dynamischem RAM (DRAM), Vorrichtungen mit synchronem dynamischem RAM (SDRAM), SDRAM-Vorrichtungen mit doppelter Datenrate (DDR) oder andere flüchtige oder nichtflüchtige Speichervorrichtungen, die für Server- und allgemeine Anwendungen geeignet sind. Bei manchen Serveranwendungen können Datenbits, die in dem Speicher 15 gespeichert sind, durch einen Fehlerkorrekturcode (ECC) vor Fehlern geschützt sein.
Der Chipsatz 13 kann auch einen E/A-Controller 136 umfassen, um eine Schnittstelle für die Verarbeitungsknoten 11 und andere Komponenten des Systems 10 bereitzustellen, um auf eine oder mehrere E/A-Vorrichtungen 16 zuzugreifen. Die E/A-Vorrichtungen 16 können ISA-Vorrichtungen (Industry Standard Architecture), PCI-Vorrichtungen (Peripheral Component Interconnect), PCI-Express-Vorrichtungen, USB-Vorrichtungen (Universal Serial Bus), SCSI-Vorrichtungen (Small Computer System Interface) oder andere standardisierte oder proprietäre E/A-Vorrichtungen, die für Server oder allgemeine Anwendungen geeignet sind, umfassen. In manchen Ausführungen kann der Chipsatz 13 als ein einzelner Chip implementiert sein. In manchen Ausführungen kann der Chipsatz 13 als zwei oder mehrere Chips implementiert sein. Der Chipsatz 13 kann manchmal als Speicher-Steuerungshub (MCH) oder als eine Northbridge (NB) bezeichnet werden. Bei Multi-Chip-Implementierungen können die sekundären Chips des Chipsatzes 13 als ein Eingang/Ausgang-Hub (IOH), ein Eingang/Ausgang-Steuerungshub (ICH) und/oder als eine Southbridge (SB) bezeichnet werden.
Die Prozessoren 11 können Speicherzeilen in ihren jeweiligen lokalen Caches 12 speichern, um einen schnellen Zugriff zu erleichtern. Die Caches 12 können Daten, Befehle oder eine Kombination der beiden speichern. Für jede der Cachezeilen können die Caches 12 eine Markierung (z. B. einen Abschnitt einer Speicheradresse) speichern, um die Cachezeile mit einer zugehörigen Zeile im Speicher 15 zu verknüpfen oder auf sie abzubilden. Die Caches 12 können auch einen Kohärenzzustand für jede der Cachezeilen speichern und aktualisieren. Beispielsweise können die Caches 12 MESI-Kohärenzzustände unterstützen, bei denen eine Cachezeile sich in einem modifizierten Zustand (M), einem exklusiven Zustand (E), einem geteilten Zustand (S) oder einem ungültigen Zustand (I) befindet.
Gemäß einem Beispiel eines Cache-Kohärenzprotokolls, das MESI-Zustände verwendet, zeigt der ungültige Zustand (I) an, daß die verknüpfte Cachezeile keine aktuelle Kopie der Zeile ist. Die aktuelle Kopie der Zeile kann sich im Speicher 15 und/oder in einem der anderen Caches 12 in den Fremdknoten befinden. Der geteilte Zustand (S) zeigt an, daß die verknüpfte Cachezeile eine aktuelle Kopie der Zeile ist, und daß Null oder mehr andere Caches 12 auch eine aktuelle Kopie der Zeile in dem geteilten Zustand aufweisen können. Der exklusive Zustand (E) zeigt an, daß der Cache 12, in dem sich die verknüpfte Cachezeile befindet, den Besitz der Zeile erhalten hat und eine aktuelle Kopie der Zeile aufweist. Weiter zeigt der E-Zustand an, daß kein anderer Cache 12 eine Kopie der Zeile in dem M-, E- oder S-Zustand aufweist. Der modifizierte Zustand (M) zeigt an, daß der Cache 12, in dem sich die verknüpfte Cachezeile befindet, eine aktuelle Kopie der Zeile, die modifiziert wurde, aufweist. Wie bei dem E-Zustand zeigt der M-Zustand an, daß kein anderer Cache 12 eine Kopie der Zeile in dem M-, E- oder S-Zustand aufweist. Weiter zeigt der M-Zustand an, daß die verknüpfte Zeile möglicherweise aktueller ist, als die zugehörige Datenzeile im Speicher 15. Weil eine Zeile mit entweder dem M-Zustand oder dem E-Zustand exklusiv mit einem der Caches 12 verknüpft ist (z. B. vom ihm besessen oder modifiziert wird), können der M-Zustand und der E-Zustand in einen E/M-Zustand kombiniert werden, der manchmal ebenfalls als ein exklusiver Zustand bezeichnet wird.
Die Zustande der Cachezeilen können von einem zentralisierten Verzeichnis, z. B. einem Snoop-Filter oder irgend einer anderen Speicherkomponente in einem zentralisierten Ort des Systems 10, verfolgt werden. Mit Bezug auf die 2 kann in einer Ausführung der Kohärenzcontroller 132 einen Snoop-Filter 24 aufweisen, um Kohärenzinformation über die Cachezeilen bereitzustellen. Wie in 2 gezeigt ist, kann eine Ausführung des Kohärenzcontrollers 132 mehrere FSB-Ports (FSB_Port_0 21 und FSB_Port_1 22), eine Kohärenz- Engine 23 und einen Snoop-Filter 24 umfassen.
Der Snoop-Filter 24 kann eine oder mehrere Speicherarrays, wie beispielsweise einen vollassoziativen Array, einen teilassoziativen Array oder einen direkt abgebildeten Array umfassen, der Wege oder Zeilen aufweist, um Kohärenzinformationen zu speichern. In einer Ausführung umfaßt der Snoop-Filter 24 einen teilassoziativen 96-Wege-Array, bei dem jeder der 4K Sätze 96 Slots (oder Wege) 225 umfaßt (nur einer ist gezeigt), um Kohärenzinformation von 96 Cachezeilen zu speichern. Eine Cachezeile kann beispielsweise mittels der letzten zwölf Bits der Speicheradresse auf einen der 4K Sätze abgebildet werden. Jeder der Wege 225 kann Informationen für eine Zeile speichern. Die Informationen können eine Adreßmarkierung und einen Präsenz-Vektor umfassen. Die Adreßmarkierung kann die gesamte Speicheradresse der Zeile oder einen Teil von ihr umfassen. In dem obigen Beispiel, bei dem die zwölf letzten Speicheradressenbits verwendet werden, um einen Satz zu finden, kann die Adreßmarkierung der Rest der Speicheradressenbits sein, die diesen zwölf Adressenbits vorangehen. Der Präsenz-Vektor kann anzeigen, welcher FSB 14 mit dem Cache 12 verbunden ist, der die Cachezeile aufweisen könnte.
In einer Ausführung kann der Snoop-Filter 24 nur diejenigen Einträge speichern, die mit Zeilen verknüpft sind, die den E/M-Zustand aufweisen. Solche Snoop-Filter-Einträge werden manchmal als E/M-Einträge bezeichnet. Das bedeutet, daß der Snoop-Filter 24 einen E/M-Eintrag für eine Zeile speichern kann, wenn irgend ein Cache 12 eine exklusive Kopie der Zeile außerhalb des Hauptspeichers 15 enthält oder enthalten kann. Das Speichern von ausschließlich den E/M-Einträgen kann die gesamte Anzahl von Einträgen, die im Snoop-Filter 24 gespeichert sind, verringern und kann im Ergebnis die Größe des Snoop-Filters vergrößern. Dafür kann das ausschließliche Speichern der E/M-Einträge die Anzahl von Snoop-Vorgängen vergrößern, die durch den Snoop-Filter 24 erzeugt werden. Speziell für leseintensive Anwendungen verbessert sich jedoch im allgemeinen die Systemleistung.
In einer Ausführung kann, wenn eine Anforderung nach einer Speichertransaktion an dem Kohärenzcontroller 132 eingeht, die Kohärenz-Engine 23 ermitteln, wohin die Anforderung weitergeleitet wird. Als eine Speichertransaktion wird eine Transaktion bezeichnet, die Zugriff auf den Speicher 15 oder irgendwelche Caches 12 erfordert. Die Kohärenz-Engine 23 kann im Snoop-Filter 24 suchen, um zu ermitteln, ob der Snoop-Filter Informationen zu der angeforderten Zeile aufweist. Wenn der Snoop-Filter 24 die Informationen aufweist, leitet die Kohärenz-Engine 23 die Anforderung an den FSB-Port (21 oder 22) weiter, wobei sie mit dem Cache 12 eine Verbindung herstellt, der eine aktuelle Kopie der Zeile aufweist, basierend auf dem Präsenz-Vektor der Zeile.
Wenn die Transaktion gegebenenfalls den Zustand der ageforderten Zeile ändern kann, aktualisiert die Kohärenz-Engine 23 die Information im Snoop-Filter 24, um die Änderungen wiederzugeben. Wenn der Snoop-Filter 24 keine Informationen für diese Zeile aufweist, kann die Kohärenz-Engine dem Snoop-Filter einen Eintrag hinzufügen, um Kohärenz-Informationen der angeforderten Zeile zu speichern.

Um ausschließliche E/M-Speicherung im Snoop-Filter 24 zu unterstützen, implementiert die Kohärenz-Engine 23 eine Ablaufsteuerungsregel, um Datenkohärenz zu gewährleisten. Die Ablaufsteuerungsregel teilt die Speicheranforderungsarten in Leseanforderungen und Schreibanforderungen. Die Leseanforderungen werden von den Schreibanforderungen abgekoppelt. Sowohl die Prozessoren 11 als auch die E/A-Vorrichtungen 16 (1) können die Leseanforderungen und die Schreibanforderungen ausgeben. Für Prozessor-Anforderungen können die Schreibanforderungen „Write" (auch bekannt als „Write-for-Ownership") und „Write-Invalidate" umfassen. Für jede Anforderungsart werden im Fall eines Snoop-Filter-Treffers und eines Snoop-Filter-Fehlzugriffs unterschiedliche Kohärenzmaßnahmen getroffen. Die Kohärenz-Engine 23 kann die Ablaufsteuerungsregel durch Hardware oder eingebettete Firmware implementieren.

Anforderungsart	Snoop-Filter-Ergebnis	Snoop-Filter-Maßnahme	Kohärenzmaßnahme
Prozessor-Read	Treffer	Eintrag entfernen	„Goto_S"-Snoop des aktuellen Besitzers
Prozessor-Read	Fehlzugriff	Keine	Keine
Prozessor-Write (Read-for-Ownership	Treffer	Besitzer aktualisieren	Invalidierender Snoop auf gegenwärtigen Besitzer
Prozessor-Write (Read-for-Ownership	Fehlzugriff	Eintrag zuteilen	Invalidierender Snoop auf alle Agenten
Prozessor-Write-Invalidate	Treffer	Eintrag entfernen	Invalidierender Snoop auf gegenwärtigen Besitzer
Prozessor-Write-Invalidate	Fehlzugriff	Keine	Invalidierender Snoop auf alle Agenten
E/A-DMA-Read	Treffer	Eintrag entfernen	„Goto_S"-Snoop des aktuellen Besitzers
E/A-DMA-Read	Fehlzugriff	Keine	Keinen
E/A-DMA-Write	Treffer	Eintrag entfernen	Invalidierender Snoop auf gegenwärtigen Besitzer
E/A-DMA-Write	Fehlzugriff	Keine	Invalidierender Snoop auf alle Agenten

Tabelle 1. Ablaufsteuerungsregel des Snoop-Filters nur E/M

Ein Beispiel der Ablaufsteuerungsregel wird mit Bezug auf die Tabelle 1 beschrieben. Für jede Anforderungsart (z. B. Lese- oder Schreibanforderung) und für jedes Snoop-Filter-Ergebnis (z. B. Treffer oder Fehlzugriff) trifft die Kohärenz-Engine 23 eine Snoop-Filter-Maßnahme und eine Kohärenzmaßnahme, um die Datenkohärenz beizubehalten. Als eine Snoop-Filter-Maßnahme wird eine Maßnahme zur Aktualisierung der Snoop-Filter-Einträge bezeichnet. Als eine Kohärenzmaßnahme wird eine Maßnahme bezeichnet, die eine Snoop-Nachricht an einen oder mehrere Prozessoren sendet, um die Kohärenzzustände der Cachezeilen zu aktualisieren. In einer Ausführung kann die Kohärenz-Engine 23 Schaltungen aufweisen, die eine Snoop-Filter-Aktualisierungseinheit 25, eine Invalidierungseinheit 26 und eine Goto_S-Einheit 27 zur Implementierung der Snoop-Filter-Maßnahmen und der Kohärenzmaßnahmen umfaßt.
Es wird beispielsweise angenommen, daß ein Prozessor anfordert, eine Zeile aus dem Hauptspeicher zu lesen, und die Anforderung zu einem Treffer im Snoop-Filter 24 führt. Ein Treffer im Snoop-Filter 24 bedeutet, daß sich der Eintrag in einem exklusiven Zustand (E/M) befindet und die verknüpfte Zeile gegenwärtig von einem Prozessorcache besessen wird. Daher bewirkt die neue Leseanforderung von einem anderen Prozessor, daß die Zeile den E/M-Zustand verläßt und in den S-Zustand eintritt. Weil der Snoop-Filter 24 nur E/M-Einträge speichert, sollte der gerade angeforderte Eintrag, der sich nun im S-Zustand befindet, aus dem Snoop-Filter entfernt werden. Daher weist die Snoop-Filter-Aktualisierungseinheit 25 den Snoop-Filter 24 an, diesen Eintrag aus dem Snoop-Filter zu entfernen. Weiter sendet die Goto_S-Einheit 27 eine „Goto_S"-Snoop-Nachricht, um den gegenwärtigen Besitzer der Zeile zu informieren, daß die Zeile nun geteilt ist. So kann der gegenwärtige Besitzer den Status der Zeile von E/M auf S ändern.
Wenn die Leseanforderung zu einem Fehlzugriff bei dem Snoop-Filter 24 führt, kann der angeforderte Eintrag gegenwärtig von Null oder mehr Caches besessen werden. Die aktuelle Kopie im Hauptspeicher ist auf dem neuesten Stand und die neue Leseanforderung ändert diesen aktuellen Zustand nicht. Daher wird der Snoop-Filter 24 nicht aktualisiert und es wird keine Kohärenzmaßnahme getroffen.
Wenn der Prozessor anfordert, eine Zeile in den Hauptspeicher zu schreiben, und die Anforderung zu einem Treffer im Snoop-Filter 24 führt, aktualisiert die Snoop-Filter-Aktualisierungseinheit 25 den Snoop-Filter-Eintrag, um anzuzeigen, daß der anfragende Prozessor der neue Besitzer der Zeile ist. Der Snoop-Filter 24 behält den Eintrag, weil der Eintrag sich immer noch in dem E/M-Zustand befindet, obwohl das exklusive Eigentumsrecht sich geändert hat. Die Invalidierungseinheit 26 sendet eine Invalidierungsnachricht an den gegenwärtigen Besitzer der Zeile, um anzuzeigen, daß die aktuelle lokale Kopie nicht mehr auf dem neuesten Stand ist. Dadurch wird das exklusive Zugriffsrecht dem anfordernden Prozessor gewährt, und die Kopie, die vom gegenwärtigen Besitzer besessen wird, wird invalidiert.
Angenommen, der Prozessor fordert an, eine Zeile in den Hauptspeicher zu schreiben, und die Anforderung führt zu einem Fehlzugriff beim Snoop-Filter 24. Ein Fehlzugriff zeigt an, daß die Zeile nicht von irgendeinem Prozessor exklusiv besessen wird. Da die Schreibanforderung dazu führen wird, daß die Zeile exklusiv von dem anfordernden Prozessor besessen wird, teilt die Snoop-Filter-Aktualisierungseinheit 25 der angeforderten Zeile einen Snoop-Filter-Eintrag zu. Die Kopien der Zeile, die möglicherweise außerhalb des Hauptspeichers gecachet sind, werden invalidiert. Daher gibt die Invalidierungseinheit 26 eine Invalidierungsnachricht an alle der Prozessoren aus, um anzuzeigen, daß die aktuellen lokalen Kopien nicht mehr auf dem neuesten Stand sind. Als Ergebnis werden dem anfordernden Prozessor exklusive Zugriffsrechte gewährt.
In einem anderen Szenario kann der Prozessor anfordern, ein Write-Invalidate auf eine Zeile auszuführen. Eine Write-Invalidate-Operation besteht aus einer Schreiboperation auf den Hauptspeicher zusammen mit einer Invalidierung aller Kopien im lokalen Cache des Prozessors. Nach dem Write-Invalidate enthält der Hauptspeicher die einzige aktuelle Kopie in dem System. Daher wird, wenn überhaupt, der verknüpfte Snoop-Filter-Eintrag gelöscht, um anzuzeigen, daß der Eintrag nicht mehr exklusiv von dem gegenwärtigen Besitzer besessen wird. Wenn daher die Write-Invalidate-Anforderung zu einem Fehlzugriff führt, sendet die Invalidierungseinheit 26 eine Invalidierungsnachricht an alle Prozessoren, um anzuzeigen, daß die Kopien außerhalb des Hauptspeichers nicht mehr auf dem neuesten Stand sind. Das Ergebnis der Write-Invalidate-Anforderung besteht darin, daß kein Cache 12 eine Kopie der Zeile aufweist.
Eine E/A-Vorrichtung kann manchmal eine direkte Speicherzugriff(DMA)-Leseanforderung veranlassen. Eine E/A-DMA-Leseanforderung wird in der selben Weise gehandhabt wie eine Prozessor-Leseanforderung. Wenn daher einen Treffer beim Snoop-Filter 24 auftritt, wird der verknüpfte Snoop-Filter-Eintrag entfernt und die Kopie, die vom gegenwärtigen Besitzer besessen wird, wird in den S-Zustand versetzt. Wenn einen Fehlzugriff auftritt, wird keine Snoop-Filter-Maßnahme oder Kohärenzmaßnahme ausgeführt.
Wenn die E/A-Vorrichtung eine DMA-Schreibanforderung veranlaßt, und die Anforderung zu einem Treffer führt, entfernt die Snoop-Filter-Aktualisierungseinheit den Eintrag, um anzuzeigen, daß die verknüpfte Zeile sich nicht mehr in dem E/M-Zustand befindet. Eine Invalidierungsnachricht wird an den Prozessor gesendet, der gegenwärtig die Zeile besitzt. Wenn die Anforderung zu einem Fehlzugriff führt, wird eine Invalidierungsnachricht an alle Prozessoren gesendet, weil ein jeder von ihnen möglicherweise eine Kopie der Zeile besitzt. Der E/A-Transfer geschieht, nachdem die Kohärenzmaßnahme ausgeführt ist.
Ein Beispielvorgang, der von der Kohärenz-Engine 23 ausgeführt wird, ist in 3 gezeigt. Mit Bezug auch auf 1, empfangt bei Block 310 die Kohärenz-Engine 23 eine Anforderung von einem der Prozessoren oder der E/A-Vorrichtungen nach einer Speichertransaktion. Bei Block 320 sucht die Kohärenz-Engine 23 im Snoop-Filter 24, um zu ermitteln, ob die angeforderte Zeile einen Eintrag in dem Snoop-Filter aufweist. Wenn es einen Eintrag für die angeforderte Zeile im Snoop-Filter 24 gibt, ermittelt die Kohärenz-Engine 23 bei Block 330, ob die Anforderung den exklusiven Besitz des Eintrags ändern kann. Bei Block 340 aktualisiert die Kohärenz-Engine 23 den Snoop-Filter, wenn eine Änderung des exklusiven Besitzes vorliegt. Die Kohärenz-Engine 23 aktualisiert den Snoop-Filter 24 nicht, wenn keine Änderung des exklusiven Besitzes vorliegt. Kehrt man zu Block 320 zurück, so ermittelt die Kohärenz-Engine 23, wenn die angeforderte Zeile keinen Eintrag im Snoop-Filter 24 aufweist, bei Block 350, ob die Anforderung dazu führen kann, daß die Zeile exklusiv von einem Prozessor besessen wird. Wenn die Zeile exklusiv von einem Prozessor besessen wird, so teilt die Kohärenz-Engine 23 bei Block 360 einen Eintrag für die angeforderte Zeile zu. Die Kohärenz-Engine 23 aktualisiert den Snoop-Filter 24 nicht, wenn die Zeile nicht von einem Prozessor exklusiv besessen wird.
Bei Block 370 gibt, abgesehen von der Situation, bei der die angeforderte Transaktion eine Lesevorgang ist, der zu einem Fehlzugriff führt, die Kohärenz-Engine 23 eine Snoop-Nachricht an einen oder mehrere Prozessoren aus. Die Snoop-Nachricht kann aus einer „Goto_S"-Nachricht bestehen, die einen gegenwärtigen Besitzer einer Zeile darüber informiert, daß die Zeile in den S-Zustand gewechselt ist. Die Snoop-Nachricht kann aus einer Invalidierungsnachricht bestehen, die einen gegenwärtigen Besitzer einer Zeile darüber informiert, daß die Zeile nicht mehr gültig ist. Die Snoop-Nachricht kann zu einem gegenwärtigen Besitzer einer Zeile gesendet werden, oder kann in manchen Szenarios an alle der Prozessoren gesendet werden, wenn manche von ihnen eine Kopie der Zeile besitzen können. Die Art der Snoop-Nachricht und das Ziel der Snoop-Nachricht können von der Art der Anforderung und dem Ergebnis des Snoop-Filters (z. B. einem Treffer oder einem Fehlzugriff) abhängen. Bei Block 380 kann, nachdem die Snoop-Nachricht gesendet wurde, der anfordernde Agent fortfahren, um die angeforderte Transaktion durchzuführen.
In der vorangegangenen Patentschrift wurden spezifische Ausführungen beschrieben. Es ist jedoch klar, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen darauf angewendet werden können, ohne von dem generellen Geist und Schutzumfang der angefügten Ansprüche abzuweichen. Die Patentschrift und die Zeichnungen sollen demnach in einem erläuternden anstatt einem einschränkenden Sinn angesehen werden.

Claims

Verfahren, welches folgendes umfaßt: Speichern nur derjenigen Einträge in einem Snoop-Filter, die einen exklusiven Zustand aufweisen; und Aktualisieren eines Eintrags in dem Snoop-Filter, wenn eine Anforderung einen exklusiven Besitz einer Zeile, die mit dem Eintrag verknüpft ist, ändert.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendes umfaßt: Abkoppeln einer Leseanforderung von einer Schreibanforderung bei dem Aktualisieren des Snoop-Filters.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aktualisieren eines Eintrags folgendes umfaßt: Entfernen des Eintrags in dem Snoop-Filter, wenn eine Leseanforderung empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aktualisieren eines Eintrags weiter folgendes umfaßt: Ändern eines Besitzers von der Zeile, wenn eine Prozessor-Schreibanforderung zu einem Treffer führt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aktualisieren eines Eintrags weiter folgendes umfaßt: Zuteilen eines neuen Eintrags in dem Snoop-Filter an einen Prozessor, wenn der Prozessor eine Schreibanforderung ausgibt, welche zu einem Fehlzugriff führt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Aktualisieren eines Eintrags weiter folgendes umfaßt: Entfernen des Eintrags in dem Snoop-Filter, wenn eine direkte Speicherzugriff(DMA)-Anforderung zu einem Treffer in dem Snoop-Filter führt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendes umfaßt: Senden einer Invalidierungsnachricht an alle Prozessoren, deren Cachezeilen von dem Snoop-Filter verfolgt werden, wenn eine Schreibanforderung zu einem Fehlzugriff führt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendes umfaßt: Senden einer Invalidierungsnachricht an einen gegenwärtigen Besitzer der Zeile, wenn eine Schreibanforderung zu einem Treffer führt.
Vorrichtung, welche folgendes umfaßt: eine Mehrzahl von Prozessoren; einen Snoop-Filter, welcher mit dem Prozessor gekoppelt ist, wobei der Snoop-Filter nur Einträge, welche einen exklusiven Zustand aufweisen, speichert; und eine Kohärenz-Engine, um die Einträge in dem Snoop-Filter zu aktualisieren.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Kohärenz-Engine folgendes umfaßt: Schaltungen zum Implementieren einer Ablaufsteuerungsregel, welche eine Leseanforderung von einer Schreibanforderung entkoppelt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Kohärenz-Engine weiter folgendes umfaßt: eine Snoop-Filter-Aktualisierungseinheit, um einen Eintrag aus dem Snoop-Filter zu entfernen, wenn eine Leseanforderung von der Kohärenz-Engine empfangen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Kohärenz-Engine weiter folgendes umfaßt: eine Goto_S-Einheit, um einen exklusiven Zustand von einer Zeile in einen geteilten Zustand zu ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Kohärenz-Engine weiter folgendes umfaßt: eine Invalidierungseinheit, um eine Invalidierungsnachricht an mindestens einen Prozessor zu senden, wenn eine Schreibanforderung von der Kohärenz-Engine empfangen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die Mehrzahl von Prozessoren folgendes umfaßt: eine Mehrzahl von Caches, welche ein Cache-Kohärenzprotokoll unter Verwendung von MESI(modifiziert, exklusiv, geteilt oder ungültig)-Zuständen unterstützen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, welche weiter folgendes umfaßt: eine Mehrzahl von Eingang/Ausgang(E/A)-Vorrichtungen, welche mit dem Snoop-Filter gekoppelt sind, um direkte Speicherzugriff(DMA)-Anforderungen auszugeben.
System, welches folgendes umfaßt: eine Mehrzahl von Prozessoren; einen Server-Speicher, bei dem ein Abschnitt des Server-Speichers von der Mehrzahl von Prozessoren gecachet wird; mindesten eine Server-Eingang/Ausgang(E/A)-Vorrichtung, um externe Anforderungen zu empfangen und auf sie zu antworten; und einen Chipsatz, welcher folgendes umfaßt: einen Snoop-Filter, um nur Einträge, die einen exklusiven Zustand aufweisen, zu speichern; und eine Kohärenz-Engine, um die Einträge in dem Snoop-Filter zu aktualisieren.
System nach Anspruch 16, bei dem die Kohärenz-Engine folgendes umfaßt: Schaltungen zum Implementieren einer Ablaufsteuerungsregel, welche eine Leseanforderung von einer Schreibanforderung abkoppelt.
System nach Anspruch 16, bei dem die Kohärenz-Engine weiter folgendes umfaßt: eine Snoop-Filter-Aktualisierungseinheit, um einen Eintrag von dem Snoop-Filter zu entfernen, wenn eine Leseanforderung von der Kohärenz-Engine empfangen wird.
System nach Anspruch 18, bei dem die Kohärenz-Engine weiter folgendes umfaßt: eine Goto_S-Einheit, welche einen exklusiven Zustand einer Zeile in einen geteilten Zustand ändert.
System nach Anspruch 16, bei dem die Kohärenz-Engine weiter folgendes umfaßt: eine Invalidierungseinheit, um eine Invalidierungsnachricht an mindestens einen Prozessor zu senden, wenn eine Schreibanforderung von der Kohärenz-Engine empfangen wird.