MESI (Modified, Exclusive, Shared, Invalid)

I. Write-back 방식의 캐시 일관성 프로토콜, MESI

가. MESI의 개념

멀티 프로세서 환경에서 Write-back 쓰기 방식의 캐시 저장 시 캐시의 4가지 상태를 정의하는 일관성 유지 프로토콜

나. MESI의 4가지 상태

다. MESI 상태 전이도

구성도	설명
	① 실선 – 프로세서 동작으로 발생 ② 점선 – 다른 캐시의 영향 – 공유 서비스 상 동작 영향 (점선 전이는 스누프 제어기에의해 변경)

II. 캐시 상태 변화 사례 

가. ①번 상태 변이 도식화

상태 변이	상태 변이 도식화
변이 전 단계	– P1의 캐시에 X값 저장된 상태 – P2의 캐시에 X값이 저장되지 않은 상태
변이 상황	– P2가 데이터 X를 읽음
상태 변이	– P1 캐시에서 X 상태를 E → S로 변경 – P2 캐시에서 X 상태를 S로 설정

– P1, P2 캐시 모두 주기억장치와 값이 일치하고 다른 캐시와 데이터를 공유하므로 S 상태

나. ②번 상태 도식화

상태 변이	상태 변이 도식화
변이 전 단계	– P1 캐시에 X값 저장된 상태 (S상태) – P2 캐시에 X값 저장된 상태 (S상태)
변이 상황	– P2가 데이터 X를 다른 값으로 수정
상태 변이	– P1 캐시의 X 상태를 S → I로 변경 – P2 캐시의 X’ 상태를 M으로 설정

– P2가 X를 새로운 값으로 수정(쓰기 적중, write hit) 시 P2가 버스를 통해 무효화 신호를 다른 캐시에 전송, 다른 캐시의 X 상태를 I로 변경 후 X 값 수정 및 X’의 상태를 M으로 설정 

다. ③번 상태 도식화

상태 변이	상태 변이 도식화
변이 전 단계	– P1 캐시에 X값 저장된 상태 (I 상태) – P2 캐시에 X’값 저장된 상태 (M 상태)
변이 상황	– P1이 데이터 X를 다른 값으로 수정
상태 변이	– P1 캐시에서 X’’ 상태를 M으로 설정 – P2 캐시에서 X’ 상태를 I로 설정

– P1이 데이터 X를 수정 시 X가 I 상태이므로 쓰기 미스(write miss) 발생하며, 수정 위한 읽기 동작에 의해 P2의 X’가 P1으로 전송되어 X’’로 수정됨

III. 캐시 일관성 유지 방법

– 다중 프로세서 규모나 주기억장치 공유 유형에 따라 선택 적용하며, MESI는 단일-버스 다중프로세서, Write-back 방식 경우 주로 사용