MOESIプロトコル

（詳細な説明については、キャッシュ一貫性プロトコル（例）を参照してください）

コンピューティングにおいて、MOESI (「Modified Owned Exclusive Shared Invalid」) は、他のプロトコルで一般的に使用されるすべての状態を網羅する完全なキャッシュ コヒーレンスプロトコルです。一般的な 4 つのMESI プロトコル状態に加えて、変更され共有されているデータを表す 5 番目の「Owned」状態があります。これにより、共有する前に変更されたデータをメイン メモリに書き戻す必要がなくなります。データは最終的に書き戻す必要がありますが、書き戻しは延期できます。

これを可能にするには、キャッシュ間で直接データを転送できる必要があります。これにより、変更された状態のデータを持つキャッシュは、そのデータをメモリに転送せずに別のリーダーに提供できます。

AMD64アーキテクチャプログラマーズマニュアル第2巻「システムプログラミング」で説明されているように、^[1]各キャッシュラインは次の5つの状態のいずれかになります。

修正済み

このキャッシュには、キャッシュ ラインの有効なコピーが 1 つだけ存在し、そのコピーに変更が加えられています。キャッシュされたコピーは、さらに自由に変更できます。

所有

このラインは、システム内の複数のコピーの 1 つです。このキャッシュにはコピーを変更する権限はありませんが、ラインはメイン メモリに対して変更 (ダーティ) されており、このキャッシュはメイン メモリが最終的に更新されることを保証する唯一の責任を負います。キャッシュ ラインは、すべての共有コピーを無効にした後で変更済み状態に変更されるか、変更内容をメイン メモリに書き戻すことで共有状態に変更されます。所有キャッシュ ラインは、メイン メモリ内の古いコピーが使用されないように、データを使用してスヌープ要求に応答する必要があります。

エクスクルーシブ

このキャッシュには行のコピーが 1 つだけありますが、行はクリーン (変更されていない) です。書き込むと、Modified 状態に変わります。

共有

このラインは、システム内の複数のコピーの 1 つです。このキャッシュには、コピーを変更する権限がありません。MESI プロトコルとは異なり、共有キャッシュ ラインはメモリに関してダーティである可能性があります。その場合、1 つのキャッシュに Owned 状態のコピーがあり、そのキャッシュが最終的にメイン メモリを更新する責任があります。どのキャッシュにも Owned 状態のラインがない場合、メモリ コピーは最新です。キャッシュ ラインは書き込まれない可能性がありますが、まず他のすべてのキャッシュされたコピーを無効にすることによって、排他的または変更済み状態に変更する必要があります (キャッシュ ラインが以前に Owned だった場合、無効化応答でこれが示され、状態は変更済みになるため、最終的にデータをメモリに書き戻す義務が忘れられることはありません)。また、いつでも破棄 (無効状態に変更) できます。

無効

このブロックは無効です。アクセス試行を満たすには、このブロックを取得する必要があります。

任意のキャッシュ ペアの場合、特定のキャッシュ ラインの許可される状態は次のとおりです。

(州が通常リストされる順序は、頭字語「MOESI」を発音できるようにするためだけのものです。)

このプロトコルは、よりシンプルなMESI プロトコルのより複雑なバージョンであり、別のプロセッサが読み取りを試みたときに、ダーティ キャッシュ ラインをメイン メモリに書き戻す必要がありません。代わりに、Owned 状態では、プロセッサが変更したデータを他のプロセッサに直接提供できます。これは、2 つの CPU 間の通信がメイン メモリへの通信よりも大幅に優れている場合に便利です。例としては、コアごとに L2 キャッシュを備えたマルチコア CPU が挙げられます。

MOESI はキャッシュからダーティ キャッシュ ラインを迅速に共有できますが、キャッシュからクリーン ラインを迅速に共有するのは難しい場合があります。キャッシュ ラインがメモリに対してクリーンであり、共有状態にある場合、読み取り要求に応答する明確な単一の候補キャッシュは存在しないため、読み取り要求をメモリから埋めるのが普通です。(これはMESIF プロトコルによって解決され、MOESI と組み合わせて MOESIF を作成することができます。)

プロセッサが Owned キャッシュ ラインに書き込みたい場合、そのキャッシュ ラインを共有している他のプロセッサに通知する必要があります。標準実装では、単にコピーを無効にするように指示し、これが完了したら自身のコピーを変更済み状態に移行しますが、代わりに、ライトスルー ポリシーを使用して、コピーを新しい内容で更新するように指示することもできます。これは部分的なライトスルーであり、メイン メモリには至りません。プロセッサ自身のコピーは Owned 状態のままです。

後者は、たとえば競合の激しいロックのアクティブなリーダーが複数ある場合にキャッシュ トラフィックを削減します。1 回のブロードキャスト書き込みは、大量の読み取り要求に対する個別の応答よりも通信が少なくなります。これら 2 つのバリアントは完全に互換性があるため、このキャッシュ ラインのアクティブなリーダーの数のキャッシュの推定などのヒューリスティックに基づいて、同じシステムで両方を使用できます。

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