MESI协议下：跨处理器读操作遇store buffer缓存行及失效处理问题

问题1：若某处理器在缓存行仍处于另一处理器的store buffer中时执行读操作，会发生什么？ #

这种场景属于跨处理器的读-写冲突，触发以下交互流程：

• 发起读操作的处理器先检查本地缓存，未命中则向总线发送Read请求；
• 持有该缓存行的处理器检测到总线请求后，会优先将自身store buffer中未提交的写操作内容同步到缓存（或直接把store buffer里的最新值返回）；
• 按照MESI规则，该处理器会将对应缓存行的状态置为Invalid，放弃独占/共享权限；
• 发起读的处理器收到最新数据后，将其加载到本地缓存，并根据协议将缓存行置为Shared或Exclusive状态（取决于是否为独占式读请求）。

问题2：在MESI protocol、store buffer与invalidation queue的场景下，对变量的写操作会暂存于store buffer中等待对应缓存行抵达。此时若另一处理器需执行读操作，该读操作是否会被阻塞直至此前的写操作完成？ #

不会被完全阻塞，核心原因是store buffer的跨处理器转发优化：

• 若发起写操作的处理器已获取到缓存行的Exclusive权限（只是写内容暂存于store buffer），当收到其他处理器的读请求时，会直接将store buffer中的最新值返回给读请求方，同时将缓存行状态调整为Shared；
• 若写操作还在等待获取缓存行的Exclusive权限（比如未收到Read-Exclusive响应），总线仲裁会优先处理冲突请求：要么读请求从内存或其他持有Shared缓存的处理器获取数据，要么写操作先拿到权限后返回最新值，不会让读操作一直等待写操作完全提交到缓存；
• 即便写操作还在等待其他处理器的失效确认（invalidation queue未处理完），读操作依然能通过store buffer拿到最新值，无需等待写操作的全流程完成。

问题3：已知收到失效请求的处理器必须保证在完成失效操作前不得发送额外MESI消息，那么若失效消息已被处理完毕，会出现什么情况？ #

失效消息处理完成后，该处理器会进入以下状态：

• 将目标缓存行的状态置为Invalid，彻底放弃对该缓存行的任何权限；
• 向发起失效请求的处理器发送Invalidate Acknowledge（失效确认）消息，告知对方已完成失效动作；
• 恢复正常的MESI消息收发权限，可正常发起自身的读/写请求，或响应其他处理器的缓存交互请求；
• 后续若需再次访问该缓存行，必须重新通过总线发送Read或Read-Exclusive请求，重新获取缓存行权限。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ran ranran