캐시 일관성과 거짓 공유

캐시 일관성과 거짓 공유

캐시 일관성

• 공유 메모리 시스템에서 각 프로세서가 가진 로컬 캐시간의 일관성

  
  

캐시 일관성 문제

• 캐싱은 멀티프로세서 시스템에서 메모리 액세스 시간을 줄이기 위해 반드시 필요함
• 멀티 프로세서 시스템에서 개별 캐시는 일관성 문제를 발생시킬 수 있음
  • 변수의 복사본이 여러 캐시에 있을 수 있음
• 프로세서가 읽은 값은 항상 최신의 값이기를 기대함
• 한 프로세서에 의해 쓰인 값은 다른 프로세서들이 보지 못할 수도 있음
  • 쓰여진 결과가 다른 프로세서에게 보이지 않을 수 있음
• 단일 프로세서에서는 I/O 를 제외하면 문제가 없음
• I/O 장치와 프로세서 캐시간의 일관성 문제
  • 주로 DMA에 의해 발생
• 캐시 일관성 프로토콜은 어떤 주소가 읽혔을 때 그 데이터가 항상 최신의 값임을 보장해 줌
• 일관성 미스
  • invalidate 기반 캐시 일관성 프로토콜에 의해 캐시라인이 invalidate 되어 발생한 미스
• 하드웨어 캐시 일관성 프로토콜
  • Snoopy, Directory protocols
  • MSI, MESI, MOESI 등
• 공유 캐시는 일관성 문제가 발생하지 않음

스누핑(Snooping)

• 각 프로세서는 메모리로 가는 요청을 염탐(snoop)함

• 만약 어떤 프로세서가 요청된 캐시 블록의 수정본(dirty copy)을 갖고 있다면, 해당 블록을 요청한 프로세서에게 보내고 메모리 요청은 중단시킴

  
  

일관성과 Write-through 캐시

• 여전히 캐시 일관성 프로토콜은 필요함

  • 구현이 단순

• 캐시 미스가 발생하여 데이터를 읽을 경우 메모리로 접근

• 메모리는 항상 최신의 데이터를 가짐

  
  

거짓 공유(False Sharing)

• 멀티코어 환경에서 각각의 코어에서 접근하고 있는 데이터가 같은 cache line에 있어서 실제로 공유하는 데이터가 아님에도 하드웨어(프로세서)에서는 이를 공유하는 것으로 착각하여 cache 일관성 트래픽이 발생하는 것을 의미
• Invalidation은 거짓 공유 문제를 발생시킬 수 있음
  • 서로 다른 코어가 같은 캐시 블록의 다른 영역에 반복하여 쓸 경우(같은 cache line)
  • 해당 캐시 라인은 두 코어 사이에서 핑퐁(ping - pong)이 발생
  • write back 캐시라고 가정

• 다른 블록을 갱신했지만 같은 cache line이라는 이유로 내용을 지워야 하므로 성능이 저하된다.