MESI协议中的状态

CPU中每个缓存行（caceh line)使用4种状态进行标记（使用额外的两位(bit)表示):

M: 被修改（Modified)

该缓存行只被缓存在该CPU的缓存中，并且是被修改过的（dirty),即与主存中的数据不一致，该缓存行中的内存需要在未来的某个时间点（允许其它CPU读取请主存中相应内存之前）写回（write back）主存。

当被写回主存之后，该缓存行的状态会变成独享（exclusive)状态。

E: 独享的（Exclusive)

该缓存行只被缓存在该CPU的缓存中，它是未被修改过的（clean)，与主存中数据一致。该状态可以在任何时刻当有其它CPU读取该内存时变成共享状态（shared)。

同样地，当CPU修改该缓存行中内容时，该状态可以变成Modified状态。

S: 共享的（Shared)

该状态意味着该缓存行可能被多个CPU缓存，并且各个缓存中的数据与主存数据一致（clean)，当有一个CPU修改该缓存行中，其它CPU中该缓存行可以被作废（变成无效状态（Invalid））。

I: 无效的（Invalid）

该缓存是无效的（可能有其它CPU修改了该缓存行）。

MESI状态转换

 

• Transition (a)：缓存行被写回到物理内存，但是CPU仍然将它保留在缓存中，并在以后修改它。这个转换需要一个“写回”消息。
• Transition (b)：CPU将数据写到缓存行，该缓存行目前处于排它访问。不需要发送或者接收任何消息。
• Transition (c)：CPU收到一个“读使无效”消息，相应的缓存行已经被修改。CPU必须使无效本地副本，然后响应“读响应”和 “使无效应答”消息，同时发送数据给请求的CPU，标示它的本地副本不再有效。
• Transition (d)：CPU进行一个原子读—修改—写操作，相应的数据没有在它的缓存中。它发送一个“读使无效”消息，通过“读响应”消息接收数据。一旦它接收到一个完整的“使无效应答”响应集合，CPU就完成此转换。
• Transition (e)：CPU进行一个原子读—修改—写操作，相应的数据在缓存中是只读的。它必须发送一个“使无效”消息，并等待“使无效应答”响应集合以完成此转换。
• Transition (f)：其他某些CPU读取缓存行，其数据由本CPU提供，本CPU包含一个只读副本。数据只读的原因，可能是由于数据已经回写到内存中。这个转换开始于接收到一个“读”消息，最终本CPU响应了一个“读响应” 消息。
• Transition (g)：其他CPU读取数据，并且数据是从本CPU的缓存或者物理内存中提供的。无论哪种情况，本CPU都会保留一个只读副本。这个事务开始于接收到一个“读”消息，最终本CPU响应一个“读响应”消息。
• Transition (h)：当前CPU很快将要写入一些数据到缓存行，于是发送一个“使无效”消息。直到它接收到所有“使无效应答”消息后，CPU才完成转换。可选的，所有其他CPU通过“写回”消息将缓存行的数据换出（可能是为其他缓存行腾出空间）。这样，当前CPU就是最后一个缓存该数据的CPU。
• Transition (i)：其他某些CPU进行了一个原子读—修改—写操作，相应的缓存行仅仅被本CPU持有。本CPU将缓存行变成无效状态。这个转换开始于接收到“读使无效”消息，最终本CPU响应一个“读响应”消息以及一个“使无效应答”消息。
• Transition (j)：本CPU保存一个数据到缓存行，但是数据还没有在它的缓存行中。因此发送一个“读使无效”消息。直到它接收到“读响应”消息以及所有“使无效应答”消息后，才完成事务。缓存行可能会很快转换到“修改”状态，这是在存储完成后由Transition (b)完成的。
• Transition (k)：本CPU装载一个数据，但是数据还没有在缓存行中。CPU发送一个“读”消息，当它接收到相应的“读响应”消息后完成转换。
• Transition (l)：其他CPU存储一个数据到缓存行，但是该缓存行处于只读状态（因为其他CPU也持有该缓存行）。这个转换开始于接收到一个“使无效”消息，当前CPU最终响应一个“使无效应答”消息。