关于PCIE非透明桥 cache一致性
PCIE非透明桥提供了两种机制来从local node往remote node迁移数据，分别是基于地址映射和内嵌的

DMA。对remote节点而言，当它接受数据的时候，CPU可能是不知情的，因此需要保证cache一致性；

对local节点，当通过DMA往它自己的内存传输数据时，本地的CPU也不会被通知，因此需要考虑cache

一致性。

不同的平台实现Cache一致性的机制不一样，ARM平台需要软件参与，而IntelX86平台硬件能够自动维

护cache一致性。x86提供了不同的cache一致性的级别，一些特殊的应用可能需要定制化的cache一致

性管理策略。

1.  Intel X86  cache一致性级别
 Intel根据不同的应用需求定义了不同的一致性级别：

2. Intel X86  cache管理的三种级别

• Intel提供了不同粒度来管理Cache一致性：处理器核内的CR0寄存器的CD/NW位:使能或禁止整个系统的cache；

• CR3的PCD/PWT bit和页表和页目录表项的PCD/PWT属性位:分别控制所有的页表、某个具体的页/页表的cache属性；

• MTRR ( Memory Type Rang Register): 指定某段范围的地址是cache的还是uncache的
  

  
  

  
  

3. cache一致性与DMA

DMA buffer 和 DMA memory

DMB Buffer: 是物理内存的一部分，存放从DMA接受到的数据，或者要发送到DMA的数据
DMA memory:物理外设上的一段存储空间，比如显卡上的独立显存，或者IO空间、PCI  memory 空间

coherence DMA  和 streaming DMA

DMA的功能是在DMA buffer和DMA memory 之间搬运数据，一致性的要求是保证：当需要读从DMA

接受到的数据时，看到的是最新的数据；而往ＤＭＡ写的时，待发送给ＤＭＡ的数据也一定是最新的。

coherence DMA: 如果DMA buffer对应的物理内存连续，由连续的物理页组成，只要一次DMA传输的

数据长度允许，DMA一次操作就能够往这些连续的物理页传完数据。它的好处是快，不足的是需要寻找

到连续的物理内存页块。除此之外，它好要求保证cache一致性。内核提供的dma_malloc_coherence()

函数能够做到这两点，对x86而言，由于硬件上已经保证了DMA buffer的cache一致性，只需要找到物

理地址连续的页块就好。如果硬件不能保证cache一致性，要求这些物理地址都是uncached的。

 streaming DMA:  如果DMA buffer对应的虚拟地址连续，但不确定物理地址是否连续，受DMA的一个

描述符对物理地址连续的要求，需要找到虚拟地址对应的所有物理页框，逐一用DMA进行传输。它的好

处是对地址没有限制，驱动和内核屏蔽了拆分物理页框的细节，随叫随传。这种模式下对cache一致性的

保护是取决于传输方向：

从内存到DMA ：要把每个页框对应的cache的东西写回到内存

从DMA到内存：要把每个页框对应的cache无效，保证后面的访问指向内存

对X86而言，硬件已经实现了管理cache一致性的机制，上面的cache写回和无效的工作不需要。

4. PCIE非透明桥cache一致性的考虑

不考虑特殊的情况下，根据上面的分析，在利用DMA进行数据传输的情况下，local DMA buffer 的

cache一致性总能得到保证，由于PCIE非透明桥非透明桥的地址转换功能，在实际的应用场景下，local

DMA memroy其实映射到了remote 节点的local DMA buffer，因此它的cache一致性也得到x86硬件

的保护。当然如果考虑到PCIE非透明桥对非易失性存储的支持，针对防止数据丢失的要求，除了保证

cache一致性外，还要求：

1. 所有的写访问直接去往内存；

2. 所有的读也来自内存(在考虑性能的前提下，允许读来自cache)
   

参考资料：
1.Intel，IA32_Dev_3A.pdf
2.陈学松，《深入Linux内核设备驱动机制》