前提背景为解决CPU与内存速度不匹配的问题，现代计算机系统引入缓存（Cache）来提高性能。最初的处理器都是单核的，Cache需要解决的问题是Cache中的数据和内存中的数据是否一致。当Cache中缓存的数据与对应内存行中的数据一致时，认为当前Cache行为为Clean；当Cache中的缓存数据与对应的内存行数据不一致时，认为当前Cache行为为Dirty。Dirty和Clean状态足以表示单核系统中Cache的状态。当处理器向多核发展时，每个CPU核都有自己对应的Cache，内存中的同一行数据可能会被复用。块缓存被缓存，处于不同的状态。这时候简单的Dirty和Clean不足以应对出现的一致性问题，于是引入了MESI一致性协议。协议介绍MESI协议将Cache中的数据分为四种状态：Modified：表示当前Cacheline中的数据被修改（Dirty），仅在当前CPU的Cache中被修改；这时Cacheline中的数据和其他cache中的数据不一样，也和内存中这一行的数据不一样。Exclusive：代表当前Cacheline的数据为有效数据，其他CPU的cache中没有该行数据；并且当前的Cacheline数据和内存中的数据是一样的。Shared：这行数据缓存在多个CPU的Cache中，缓存中的数据与内存中的数据一致；Invalid：表示当前Cacheline中的数据无效；Exclusive状态图中Core0对应的Cache有(x=3)并且与内存中的x值一致，此时Core1和Core2中没有缓存此数据。此时Core0对应的Cacheline处于Exclusive状态。Shared状态图中，Core0/1/2有(x=3)，内存中x的值也是一致的。此时Core0/1/2对应的Cacheline都处于Shared状态。在Modified和Invalid状态图中，Core0具有最新的x值(x=5)，而Core1/2和内存均具有无效的x值(x=3)。此时认为Core0的Cache处于Modified状态，Core1/2的Cache处于Invalid状态。MESI状态转换MESI协议中的状态转换如图所示。每个Cachecontroller根据自己Core的读写操作和其他Core的读写操作来决定如何进行状态转换。这里的LocalRead/Write是指Cache对应的Core对当前数据进行的读写操作，RemoteRead/Write是指其他Core对当前数据进行的读写操作。下面将分析每个状态的转换。MESI状态转换图ModifiedstatetransitionLocalRead：从当前Cache取数据，状态不变，还是M.LocalWrite：往当前Cache写数据，状态不变，还是M.RemoteRead：把这个数据写入RemoteWrite：先把这个数据写入内存，其他Core会修改这个数据，状态变成I。独占状态跳转到LocalRead：从当前Cache取数据，状态不变，还是E。LocalWrite：向当前Cache写入数据，状态变为M。RemoteRead：其他Core会从内存中读取这块数据，变为共享状态，状态变为S。RemoteWrite：数据被修改，当前Cache行数据无效，状态变为I。Shared状态跳转为LocalRead：从当前Cache中取数据，并LocalWrite：向当前Cache写入数据，状态变为M，其他Cache中行数据无效，变为I。RemoteRead：对当前Cache无影响，并且状态还是S。RemoteWrite：数据被修改，当前行数据无效，状态变为I。无效状态跳转到LocalRead：**如果其他Cache没有缓存此数据，则需要读取从内存中取出数据，读取后状态变为E；如果其他Cache有这个数据，并且状态为M，先将数据更新到内存中，当前Cache从内存中取数据。之后，两个Cache对应的行有相同的数据，都变成S**；如果其他Cache有这条数据，状态为S或E，则当前Cache从内存中取这条数据，这些Cache对应的行数据相同，都变成S；LocalWrite：读取内存中的数据，在缓存中修改，状态变为M；如果其他缓存有这个数据，状态为M，先更新数据到内存；如果其他缓存有此数据，则这些缓存行变为I。RemoteRead：对当前Cache没有影响，状态还是I。RemoteWrite：对当前Cache没有影响，状态还是I。
