如果写操作发生在独占缓存访问期间，为什么会出现数据竞争？

Question

我正在阅读有关 MESI 协议的内容，并且无法理解如果我们对每个写入操作都具有独占访问权限，为什么会出现数据竞争，从而导致其他核心缓存中的缓存行无效？在这个例子中：

CYCLE # CORE 1                        CORE 2
0   reg = load(&counter);   
1   reg = reg + 1;                reg = load(&counter);
2   store(&counter, reg);         reg = reg + 1;
3                                 store(&counter, reg);

据说总体结果是变量仅增加一次，而两个核心都尝试增加它（结果预计为两次）。所以问题是，如果在写入操作期间，两个内核都请求对缓存行的独占访问（因此其他内核“等待”轮到修改，从而也获得独占访问），为什么该变量上存在数据竞争？

Answer 1

如果我没看错的话，MESI 只是一个转移注意力的话题：

0   reg = load(&counter);   

counter现在已经被加载到CPU的寄存器中。

1   reg = reg + 1;                reg = load(&counter);

第一个处理器增加了值，第二个处理器加载了旧值。

2   store(&counter, reg);         reg = reg + 1;

第一个处理器存储值，第二个处理器增加其过时的值。

3                                 store(&counter, reg);

第二处理器存储基于过时值的计算结果。

到目前为止应该很清楚了。现在，如果添加 MESI 状态，情况会如何改变：

0   reg = load(&counter);   

counter位于 CPU 1 缓存中，标记为E。

1   reg = reg + 1;                reg = load(&counter);

counter仍然驻留在 CPU 1 缓存中，但也会加载到 CPU 2 缓存中。所以两个缓存行都需要标记为S

2   store(&counter, reg);         reg = reg + 1;

现在counter被存储回缓存中。因此，CPU 1 缓存需要标记为M，而 CPU 2 缓存则失效（标记为I）。

3                                 store(&counter, reg);

由于 CPU 2 缓存失效，因此需要在store操作发生之前对其进行更新，这反过来又要求 CPU 1 缓存之前写回内存（当然）。

但现在所做的一切，reg仍然是根据过时的值计算的，并且仍然覆盖缓存中的（现已更新的）值......

添加最后一个细节：操作完成后，CPU 2 缓存将被标记M为 CPU 1 缓存I。