分布式操作系统中的缓存一致性策略

"分布式操作系统考试题宣贯.pdf" 在分布式操作系统中，缓存一致性是确保多处理器系统中各个节点间数据同步的关键。本文件主要讨论了两种情况下的缓存一致性策略：一是基于交换式的Dash多处理机系统，采用Dash协议；二是基于总线的多处理机系统，遵循writeonce协议。 1. Dash协议： 在Dash多处理机系统中，当一个CPU写入一个未缓存的数据块时，会首先检查本地缓存，如果没有找到，会查询邻近CPU的缓存。如果邻近CPU中有该数据块，会执行缓冲区到缓冲区的传输，并根据块的状态更新其他副本。如果本地和邻近CPU都没有，CPU会向数据块的宿主簇发送请求。根据块的脏/干净状态，宿主簇会执行相应的操作，如发送脏块或清空所有副本并标记为脏。 对于读操作，另一CPU在发现自己和本地簇的其他CPU缓存中没有所需数据块时，会向数据块的宿主簇发送请求。宿主簇响应后，将数据块发送给请求的CPU，更新其状态为干净，并返回一个拷贝到宿主簇以更新内存，此时块的状态变为干净。 2. writeonce协议： 基于总线的多处理机系统遵循writeonce协议，保证每个数据项只被写入一次。例如，C1首先读取一个只存在于共享存储器中的字W1，然后C2、C3和C4依次读取。当C1修改W1时，它的缓存项变为脏，而C2因监听到写操作将W1设为无效。后续的C3和C4读取时，通过总线通信，C1阻止共享存储器响应，直接将脏字提供给C3和C4，这些CPU接收后均将缓存项标记为脏。 3. 高速缓存与一致性： 在分布式系统中，使用高速缓存能显著提升文件读写效率。常见的缓存设置方法包括：局部性原理利用，预加载策略，写回策略，写穿策略等。然而，缓存一致性问题随之而来，需要通过协议如MSI（Modified, Shared, Invalid）, MESI（Modified, Exclusive, Shared, Invalid）或MESIF（Modified, Exclusive, Shared, Invalid, Forwarding）等来解决。这些协议确保当数据在多个缓存中复制时，任何修改都能正确传播，保持所有副本的一致性。 分布式操作系统中的缓存一致性是多处理器和分布式环境中的核心问题，通过特定的协议和策略保证数据的正确性和同步性。理解并掌握这些机制对于设计和优化分布式系统至关重要。