《高级计算机体系结构》报告1聚焦于数据一致性管理和路由算法设计，主要针对NUMA（非统一内存访问）架构。NUMA架构中，节点间的通信和数据一致性是关键挑战。
2.1 问题由来
在多处理器系统中，Cache一致性问题是由于私有Cache的存在引发的。当不同处理器对同一高速缓存行执行异步写操作，或者进程迁移、I/O操作绕过高速缓存时，会导致数据不一致。为确保一致性，必须满足特定条件：写后读返回最新写入的值，写操作的串行化以及多个处理器对同一高速缓存行的写操作顺序。
2.2 常见的一致性管理协议
一致性管理协议分为监听协议和基于目录的方法。监听协议适用于基于总线的系统，如写无效和写更新策略，其中处理器可以感知内存活动。而在CC-NUMA系统中，由于处理器无法监听，常使用基于目录的协议，如全映射、有限映射和链式目录协议。这些协议确保高速缓存行在不同Cache之间的状态同步。
2.3 本题的一致性管理方案
报告提出了一种后写无效化协议，通过在Cache中设置Valid/Invalid、Exclusive/Shared和Owner/Non-owner标志位来维护一致性。Valid/Invalid标志确定页面是否有效，Exclusive/Shared表示是否独占，Owner/Non-owner标记所有权。内存中也相应设置状态位以跟踪各个处理器的Cache状态，确保数据一致性。
3.1 条件分析
在设计路由算法时，需要考虑NUMA架构的特性，如节点间的连接方式和数据传输成本。路由算法应高效地在节点间传递信息，同时减少延迟和开销。
3.2 路由算法设计
报告未提供具体的路由算法细节，但通常会涉及节点编号和连接方式的处理，以及如何决定数据传输路径以优化性能。
3.3 路由算法正确性
算法的正确性至关重要，确保数据能在正确的路径上传输，并到达目的地。验证算法正确性可能涉及模拟或形式验证方法，确保算法在各种情况下都能正确工作。
总结来说，这份报告探讨了在NUMA架构下如何处理数据一致性问题，提出了一个后写无效化协议，并涉及到路由算法的设计和正确性验证。一致性管理是提高多处理器系统性能的关键，而路由算法则优化了数据在不同节点间的流动。理解并实施这些策略对于构建高效、可靠的并行计算系统至关重要。
