經過這麼多篇文章的介紹，我們應該已經對cache有乙個比較清晰的認識。cache會面臨哪些問題，我們該怎麼處理這些問題。現在我們討論多核cache一致性問題。在摩爾定律不太適用的今天，人們試圖增加cpu核數以提公升系統整體效能。這類系統稱之為多核系統（簡稱mp，multi-processor）。我們知道每個cpu都有乙個私有的l1 cache（不細分icache和dcache）。假設乙個2核的系統，我們將會有2個l1 cache。這就引入了乙個問題，不同cpu之間的l1 cache如何保證一致性呢？首先看下什麼是多核cache一致性問題。
首先我們假設2個cpu的系統，並且l1 cache的cache line大小是64 bytes。兩個cpu都讀取0x40位址資料，導致0x40開始的64 bytes內容分別載入到cpu0和cpu1的私有的cache line。
cpu0執行寫操作，寫入值0x01。cpu0私有的l1 cache更新cache line的值。然後，cpu1讀取0x40資料，cpu1發現命中cache，然後返回0x00值，並不是cpu0寫入的0x01。這就造成了cpu0和cpu1私有l1 cache資料不一致現象。
按照正確的處理流程，我們應該需要以下方法保證多核cache一致性：
以上問題就是乙個簡單的不一致性現象。我們需要保證多核一致性，就需要辦法維護一致性。可以有2種方法維護一致性，分別是軟體和硬體。軟體維護一致性的方法，現在基本沒有採用。因為軟體維護成本太高，由於維護一致性帶來的效能損失抵消一部分cache帶來的效能提公升。所以現在的硬體會幫我們維護多核cache一致性，並且對軟體是透明的。感興趣的朋友可以繼續往下了解硬體是如何維護多核cache一致性。
繼續以上面的例子說明bus snooping的工作機制。當cpu0修改自己私有的cache時，硬體就會廣播通知到匯流排上其他所有的cpu。對於每個cpu來說會有特殊的硬體監聽廣播事件，並檢查是否有相同的資料被快取在自己的cpu，這裡是指cpu1。如果cpu1私有cache已經快取即將修改的資料，那麼cpu1的私有cache也需要更新對應的cache line。這個過程就稱作bus snooping。如下圖所示，我們只考慮l1 dcache之間的一致性。
這種bus snooping方法簡單，但要需要每時每刻監聽匯流排上的一切活動。我們需要明白的乙個問題是不管別的cpu私有cache是否快取相同的資料，都需要發出一次廣播事件。這在一定程度上加重了匯流排負載，也增加了讀寫延遲。針對該問題，提出了一種狀態機機制降低頻寬壓力。這就是mesi protocol（協議）。
mesi是現在一種使用廣泛的協議，用來維護多核cache一致性。我們可以將mesi看做是狀態機。我們將每乙個cache line標記狀態，並且維護狀態的切換。cache line的狀態可以像tag，modify等類似儲存。繼續以上面的例子說明問題。
當cpu0讀取0x40資料，資料被快取到cpu0私有cache，此時cpu1沒有快取0x40資料，所以我們標記cache line狀態為exclusive。exclusive代表cache line對應的資料僅在資料只在乙個cpu的私有cache中快取，並且其在快取中的內容與主存的內容一致。
然後cpu1讀取0x40資料，傳送訊息給其他cpu，發現資料被快取到cpu0私有cache，資料從cpu0 cache返回給cpu1。此時cpu0和cpu1同時快取0x40資料，此時cache line狀態從exclusive切換到shared狀態。shared代表cache line對應的資料在"多"個cpu私有cache中被快取，並且其在快取中的內容與主存的內容一致。
繼續cpu0修改0x40位址資料，發現0x40內容所在cache line狀態是shared。cpu0發出invalid訊息傳遞到其他cpu，這裡是cpu1。cpu1接收到invalid訊息。將0x40所在的cache line置為invalid狀態。invalid狀態表示表明當前cache line無效。然後cpu0收到cpu1已經invalid的訊息，修改0x40所在的cache line中資料。並更新cache line狀態為modified。modified表明cache line對應的資料僅在乙個cpu私有cache中被快取，並且其在快取中的內容與主存的內容不一致，代表資料被修改。
如果cpu0繼續修改0x40資料，此時發現其對應的cache line的狀態是modified。因此cpu0不需要向其他cpu傳送訊息，直接更新資料即可。
如果0x40所在的cache line需要替換，發現cache line狀態是modified。所以資料應該先寫回主存。
以上是cache line狀態改變的舉例。我們可以知道cache line具有4中狀態，分別是modified、exclusive、shared和invalid。取其首字母簡稱mesi。當cache line狀態是modified或者exclusive狀態時，修改其資料不需要傳送訊息給其他cpu，這在一定程度上減輕了頻寬壓力。
cache之間資料和狀態同步溝通，是通過傳送message同步和溝通。mesi主要涉及一下幾種message。
繼續以上的例子，我們有5個步驟。現在加上這些message，看看訊息是怎麼傳遞的。
cpu0發出read訊息。主存返回read response訊息，訊息包含位址0x40的資料。
cpu1發出read訊息，cpu0返回read response訊息，訊息包含位址0x40資料。
cpu0發出invalidate訊息，cpu1接到訊息後，返回invalidate acknowledge訊息。
不需要傳送任何訊息。
傳送writeback訊息。
多核cache一致性由硬體保證，對軟體來說是透明的。因此我們不用再考慮多核cache一致性問題。另外，現在cpu硬體採用的一致性協議一般是mesi的變種。例如arm64架構採用的moesi protocol。多一種owned狀態。多出來的狀態也是為了更好的優化效能。
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