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內存一致性與緩存連貫性導論

  • 作者:(印)維賈伊·納加拉詹//(美)丹尼爾·J·索林//馬克·D·希爾//戴維·A·伍德|責編:張賽|譯者:Kaitoukito//Sean//高秦鑫
  • 出版社:化學工業
  • ISBN:9787122499707
  • 出版日期:2026/04/01
  • 裝幀:平裝
  • 頁數:250
人民幣:RMB 89 元      售價:
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內容大鋼
    本書系統闡述了多核處理器架構中內存一致性模型與緩存連貫性協議的核心原理及實現。全書從基礎概念入手,在介紹內存一致性與緩存連貫性的本質區別與內在聯繫的基礎上,深入解析連續一致性(SC)、全存儲排序(TSO)及鬆弛內存模型等主流內存模型的設計哲學與實現策略,並通過監聽協議和目錄協議詳盡剖析緩存連貫性協議的設計空間、狀態機模型及性能優化方法。最後拓展討論異構系統(特別是GPU)的一致性挑戰、形式化驗證方法以及前沿研究方向,為讀者構建了從理論規範到硬體設計的完整知識體系。
    本書適合需深入理解內存系統的相關技術人員參考,亦可作為高校電腦相關專業的教材。

作者介紹
(印)維賈伊·納加拉詹//(美)丹尼爾·J·索林//馬克·D·希爾//戴維·A·伍德|責編:張賽|譯者:Kaitoukito//Sean//高秦鑫

目錄
第1章  一致性與連貫性簡介
  1.1  一致性(亦稱內存一致性、內存一致性模型或內存模型)
  1.2  連貫性(亦稱緩存連貫性)
  1.3  異構系統中的一致性與連貫性
  1.4  定義並驗證內存一致性與緩存連貫性
  1.5  一致性與連貫性小測驗
  1.6  本書未涵蓋的內容
  1.7  參考文獻
第2章  連貫性基礎
  2.1  基準系統模型
  2.2  問題:不連貫性是如何產生的
  2.3  緩存連貫性介面
  2.4  (一致性無關的)連貫性不變數
    2.4.1  維護連貫性不變數
    2.4.2  連貫性的粒度
    2.4.3  連貫性何時與我們相關
  2.5  參考文獻
第3章  內存一致性的動機以及連續一致性
  3.1  共享內存行為的問題
  3.2  什麼是內存一致性模型
  3.3  一致性與連貫性的對比
  3.4  連續一致性(SC)的基本思想
  3.5  一點關於SC形式化的內容
  3.6  樸素的SC實現
  3.7  具有緩存連貫性的基本SC實現
  3.8  具有緩存連貫性的優化SC實現
  3.9  SC的原子操作
  3.10  將它們放在一起:MIPS R10000
  3.11  關於SC的進一步閱讀資料
  3.12  參考文獻
第4章  全存儲順序以及x86內存模型
  4.1  TSO/x86的動機
  4.2  TSO/x86的基本思想
  4.3  TSO/x86的形式化描述
  4.4  實現TSO/x86
    4.4.1  實現原子指令
    4.4.2  實現FENCE
  4.5  關於TSO的進一步閱讀資料
  4.6  比較SC和TSO
  4.7  參考文獻
第5章  鬆弛內存一致性
  5.1  動機
    5.1.1  重排序內存操作的機會
    5.1.2  利用重排序的機會
  5.2  一個鬆弛一致性模型(XC)示例
    5.2.1  XC模型的基本概念
    5.2.2  使用XC的FENCE的示例
    5.2.3  形式化XC
    5.2.4  展示XC正確運行的示例
  5.3  實現XC

    5.3.1  在XC中使用原子指令
    5.3.2  在XC中的FENCE
    5.3.3  一個警告
  5.4  無數據競爭程序的連續一致性
  5.5  一些鬆弛模型概念
    5.5.1  釋放一致性
    5.5.2  因果性和寫原子性
  5.6  鬆弛內存模型案例研究
    5.6.1  RVWMO
    5.6.2  IBM POWER
  5.7  進一步閱讀和商用鬆弛內存模型
    5.7.1  學術文獻
    5.7.2  商用模型
  5.8  比較內存模型
    5.8.1  鬆弛內存模型彼此之間以及與TSO和SC的關係
    5.8.2  鬆弛模型有多好
  5.9  高級語言模型
  5.10  參考文獻
第6章  連貫性協議
  6.1  概覽
  6.2  定義連貫性協議
  6.3  一個簡單連貫性協議的例子
  6.4  連貫性協議的設計空間概述
    6.4.1  狀態
    6.4.2  事務
    6.4.3  主要協議設計選項
  6.5  參考文獻
第7章  監聽協議
  7.1  監聽簡介
  7.2  基準監聽協議
    7.2.1  高級協議規範
    7.2.2  簡單監聽系統模型:原子請求,原子事務
    7.2.3  基準監聽系統模型:非原子請求、原子事務
    7.2.4  運行示例
    7.2.5  協議簡化
  7.3  添加獨佔狀態
    7.3.1  動機
    7.3.2  到達獨佔狀態
    7.3.3  協議的高級規範
    7.3.4  詳細規範
    7.3.5  運行實例
  7.4  添加擁有狀態
    7.4.1  動機
    7.4.2  高層級協議規範
    7.4.3  詳細協議規範
    7.4.4  運行實例
  7.5  非原子匯流排
    7.5.1  動機
    7.5.2  順序響應與亂序響應
    7.5.3  非原子系統模型

    7.5.4  使用分割事務匯流排的一個MSI協議
    7.5.5  一個優化的、非阻塞的使用分割事務匯流排MSI協議
  7.6  匯流排互連網路的優化
    7.6.1  用於數據響應的獨立非匯流排網路
    7.6.2  用於連貫性請求的邏輯匯流排
  7.7  案例研究
    7.7.1  SUN Starfire E10000
    7.7.2  IBM Power5
  7.8  監聽協議的未來
  7.9  參考文獻
第8章  目錄連貫性協議
  8.1  目錄協議介紹
  8.2  基準目錄系統
    8.2.1  目錄系統模型
    8.2.2  高層次協議規範
    8.2.3  避免死鎖
    8.2.4  詳細協議規範
    8.2.5  協議操作
    8.2.6  協議簡化
  8.3  添加獨佔狀態
    8.3.1  高層次協議規範
    8.3.2  詳細協議規範
  8.4  添加擁有狀態
    8.4.1  高層次協議規範
    8.4.2  詳細協議規範
  8.5  表示目錄狀態
    8.5.1  粗略目錄
    8.5.2  有限指針目錄
  8.6  目錄組織
    8.6.1  基於DRAM的目錄緩存
    8.6.2  包容性目錄緩存
    8.6.3  空目錄緩存(無後備存儲)
  8.7  性能和可擴展性優化
    8.7.1  分散式目錄
    8.7.2  非阻塞目錄協議
    8.7.3  沒有點對點排序的互連網路
    8.7.4  靜默與非靜默逐出S狀態的數據塊
  8.8  案例研究
    8.8.1  SGI ORIGIN 2000
    8.8.2  相干超傳輸
    8.8.3  超傳輸助手
    8.8.4  INTEL QPI
  8.9  討論和目錄協議的未來
  8.10  參考文獻
第9章  連貫性高級話題
  9.1  系統模型
    9.1.1  指令緩存
    9.1.2  轉換後備緩衝器(TLB)
    9.1.3  虛擬緩存
    9.1.4  寫直達緩存

    9.1.5  連貫性DMA
    9.1.6  多級緩存和層級結構連貫性協議
  9.2  性能優化
    9.2.1  遷移共享優化
    9.2.2  偽共享優化
  9.3  保持活躍度
    9.3.1  死鎖
    9.3.2  活鎖
    9.3.3  飢餓
  9.4  令牌連貫性
  9.5  連貫性的未來
  9.6  參考文獻
第10章  異構系統的一致性和連貫性
  10.1  GPU的一致性和連貫性
    10.1.1  早期的GPU:架構和編程模型
    10.1.2  宏觀視角:GPGPU的一致性和連貫性
    10.1.3  時間連貫性
    10.1.4  釋放一致性導向的連貫性
  10.2  不僅僅是GPU:探索更多的異構性
    10.2.1  異構系統的一致性模型
    10.2.2  異構系統的連貫性協議
  10.3  進一步閱讀資料
  10.4  參考文獻
第11章  內存一致性模型和緩存連貫性協議的定義與驗證
  11.1  定義
    11.1.1  操作化定義
    11.1.2  公理化定義
  11.2  探索內存一致性模型的行為
    11.2.1  基準測試
    11.2.2  探索
  11.3  驗證實現
    11.3.1  形式化方法
    11.3.2  測試
  11.4  歷史與進一步閱讀資料
  11.5  參考文獻

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