انسجام مبتنی بر دایرکتوری کیست؟ توضیح بده.
انسجام مبتنی بر دایرکتوری مکانیزمی برای رسیدگی به مشکل انسجام کش در حافظه مشترک توزیع شده (DSM) است.معرفی.دسترسی به حافظه غیر یکنواخت (NUMA). راه محبوب دیگر، استفاده از نوع خاصی از گذرگاه کامپیوتری بین همه گره‌ها به عنوان یک «گذرگاه مشترک» است (معروف به گذرگاه سیستم). انسجام مبتنی بر دایرکتوری از یک دایرکتوری ویژه برای خدمت کردن به جای گذرگاه مشترک در پروتکل‌های انسجام مبتنی بر گذرگاه استفاده می‌کند. هر دوی این طرح‌ها از رسانه مربوطه (مثل دایرکتوری یا گذرگاه) به عنوان ابزاری برای تسهیل ارتباط بین گره‌های مختلف استفاده می‌کنند و تضمین می‌کنند که پروتکل انسجام در تمام گره‌های ارتباطی به خوبی کار می‌کند. در انسجام کش مبتنی بر دایرکتوری، این کار با استفاده از این دایرکتوری برای پیگیری وضعیت همه بلوک‌های کش انجام می‌شود، وضعیت هر بلوک شامل این است که آن بلوک در کدام حالت انسجام حافظه نهان قرار دارد و کدام گره‌ها آن بلوک را در آن زمان به اشتراک می‌گذارند که با استفاده از آن می‌توان نیازی به پخش تمام سیگنال‌ها به همه گره‌ها را از بین برد و آن را فقط به گره‌هایی که به این تک بلوک علاقه‌مند هستند ارسال کرد.در زیر چند تا از مزایا و معایب پروتکل انسجام کش مبتنی بر دایرکتوری آورده شده‌است:با توجه به بحث فوق، واضح است که استفاده از سیستم‌های مبتنی بر گذرگاه برای سیستم‌های نسبتاً کوچک جذاب تر به نظر می‌رسد. با این حال، سیستم‌های مبتنی بر دایرکتوری زمانی حیاتی می‌شوند که مقیاس سیستم افزایش یابد و تعداد گره‌ها افزایش یابد؛ بنابراین هنگام مقایسه بین طرح‌های انسجام حافظه کش مبتنی بر دایرکتوری و مبتنی بر گذرگاه یک نوع تجارت کردن وجود دارد.تاریخ.ایده سیستم‌های انسجام کش مبتنی بر دایرکتوری مدت‌ها پیش آغاز شد.ایده DASH (معماری دایرکتوری برای حافظه مشترک) اولین بار توسط C.K. Tang در اواسط دهه ۱۹۷۰ ارائه شد. با این حال، استفاده از آن برای انسجام حافظه کش چند سال بعد، به ویژه در سال ۱۹۷۸، زمانی که محققان دانشگاه استنفورد اولین نسخه از این سیستم‌های انسجام را به نام Stanford DASH پیشنهاد کردند، در مقاله ای که این سیستم را با مشکلات و پیشرفت‌ها با چنین طرح‌هایی توصیف می‌کرد، پیشنهاد شد. در کنار این رویکرد، چندین تلاش برای ارائه یک سیستم مقیاس پذیر انجام شد. به عنوان مثال، BBN Butterfly که در سال ۱۹۸۵ معرفی شد، و IBM PR3 که در سال ۱۹۸۷ معرفی شد، نمونه‌هایی از سیستم‌های چند پردازنده ای مقیاس پذیر هستند. با این حال، هر دوی این سیستم‌ها دارای یک اشکال هستند. برای مثال، BBN Butterfly حافظه کش ندارد. به‌طور مشابه، IBM PR3 انسجام کش سخت‌افزاری را ارائه نمی‌کند، که عملکرد هر دوی این طرح‌ها را محدود می‌کند، به‌ویژه زمانی که از پردازنده‌های با کارایی بالا استفاده می‌شود.محدودیت‌های سایر رقبا انتخاب سیستم‌های مبتنی بر DASH را هنگام طراحی سیستم‌های انسجام حافظه کش و سایر سیستم‌هایی که نیاز به مقیاس پذیری در گره‌های مبتنی بر حافظه کش دارند، آسان‌تر کرده‌است. در سال ۱۹۸۵، جیمز آرچیبالد و ژان لوپ بائر از دانشگاه واشینگتن مقاله ای منتشر کردند که یک تنوع اقتصادی تر، قابل گسترش و مدولارتر از رویکرد «دایرکتوری جهانی» از نظر استفاده از سخت‌افزار در طرح را پیشنهاد می‌کردند.در سال ۱۹۹۲، دانیل لنوسکی از دانشگاه استنفورد مقاله ای منتشر کرد که در آن پیشرفت‌هایی در پروتکل‌های انسجام کش برای سیستم‌های مبتنی بر دایرکتوری پیشنهاد شد. در مقاله ای در سال ۱۹۹۶، او طراحی SGI Origin 2000 را معرفی کرد، خانواده ای از رایانه‌های سرور که از انسجام کش مبتنی بر دایرکتوری استفاده می‌کنند. Origin 3000 در ژوئیه ۲۰۰۰ معرفی شد.پروتکل‌ها.برخلاف پروتکل‌های انسجام اسنوپی، در یک رویکرد انسجام مبتنی بر دایرکتوری، اطلاعات مربوط به اینکه کدام کش‌ها دارای یک کپی از یک بلوک هستند در ساختاری به نام "Directory" نگهداری می‌شوند. در یک طرح مبتنی بر دایرکتوری، کش‌های شرکت کننده درخواست‌ها را به تمام حافظه‌های کش مشترک دیگر بلوک به منظور مکان‌یابی نسخه‌های ذخیره شده ارسال نمی‌کنند، در عوض از دایرکتوری درخواست می‌کند تا اطلاعات مربوط به اینکه کدام بلوک دارای نسخه‌های ذخیره شده‌است را بازیابی کند و فقط به آن پردازنده‌های خاص ارسال می‌کند و از این رو صرفه جویی در ترافیک در مقایسه با پروتکل اسنوپی بیشتر است. در برنامه‌های بهینه‌سازی شده، بیشتر اشتراک‌گذاری داده‌ها فقط برای داده‌هایی است که فقط خوانده می‌شوند، و اشتراک‌گذاری کمی برای داده‌هایی که اغلب خوانده و نوشته می‌شوند، وجود دارد. یک رویکرد دایرکتوری می‌تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در ترافیک در مقایسه با رویکرد پخش / اسنوپی در چنین برنامه‌هایی شود.همان‌طور که در نمودار جریان داده نشان داده شده‌است، عملگرهایی که در یک سیستم حافظه مشترک توزیع شده که پروتکل انسجام مبتنی بر دایرکتوری را پیاده‌سازی می‌کند، درگیر هستند عبارتند از:گره‌های درخواست کننده و مالک انتقال حالت خود را مشابه پروتکل‌های انسجام اسنوپی مانند پروتکل MESI حفظ می‌کنند. با این حال، برخلاف پیاده‌سازی مبتنی بر گذرگاه که گره‌ها با استفاده از یک گذرگاه مشترک ارتباط برقرار می‌کنند، پیاده‌سازی مبتنی بر دایرکتوری از مدل ارسال پیام برای تبادل اطلاعات مورد نیاز برای حفظ انسجام حافظه کش استفاده می‌کنند.گره دایرکتوری به عنوان یک نقطه سریال عمل می‌کند و تمام ارتباطات از طریق این گره جهت حفظ صحت و درستی هدایت می‌شوند.گره دایرکتوری.یک گره دایرکتوری وضعیت کلی یک بلوک کش را در کل سیستم کش برای همه پردازنده‌ها پیگیری می‌کند. می‌تواند در سه حالت باشد: