L1最靠近CPU,L3最靠近主存。
通常L1又分为instruction cache(ICache
)和data cache(DCache
),并且L1 cache是cpu私有的,每个cpu都有一个L1 cache。
3、“命中”和“缺失”是什么意思?
命中:CPU要访问的数据在cache中有缓存,称为“命中”,即cache hit
缺失:CPU要访问的数据在cache中没有缓存,称为“缺失”,即cache miss
4、什么是cache line?
cache line
:高速缓存行,将cache平均分成相等的很多块,每一个块大小称之为cache line
。
cache line也是cache和主存之间数据传输的最小单位.
CPU访问cache时的地址编码,通常由tag、index和offset三部分组成:
- index
(索引域):用于索引和查找地址在高速缓存中的哪一行
cache line和tag、index、offset等的关系如图:
5、cache访问的是虚拟地址还是物理地址?
我们知道,CPU访问内存不是直接访问的,而是CPU发出一个虚拟地址,然后经过MMU转换为物理地址后,根据物理地址从内存取数据。那么cache访问的是虚拟地址还是物理地址?
因为cache在硬件设计上有多种组织方式:
6、什么是歧义和别名问题?
歧义(homonyms
):相同的虚拟地址对应不同的物理地址
别名(alias
):多个虚拟地址映射到了相同的物理地址(多个虚拟地址被称为别名)。
例如上述VIVT方式就会存在别名问题,那VIVT、PIPT和VIPT那个方式更好呢?
PIPT
其实是比较理想的,因为index和tag都使用了物理地址,软件层面不需要任何维护就能避免歧义和别名问题。
VIPT
的tag使用了物理地址,所以不存在歧义问题,但index是虚拟地址,所以可能也存在别名问题。
而VIVT
的方式,歧义和别名问题都存在。
实际上,现在硬件中使用的基本是PIPT或者VIPT。VIVT问题太多,已经成为了历史了,不会有人用。另外PIVT的方式是不存在的,因为它只有缺点没有优点,不仅速度慢,歧义和别名问题也都存在。
7、Cache分配策略?
指的是发生cache miss时,cache如何分配。
读分配:当CPU
读数据时,发生cache
缺失,这种情况下都会分配一个cache line
缓存从主存读取的数据。默认情况下,cache
都支持读分配。
写分配:当CPU写数据发生cache
缺失时,才会考虑写分配策略。当我们不支持写分配的情况下,写指令只会更新主存数据,然后就结束了。当支持写分配的时候,我们首先从主存中加载数据到cache line
中(相当于先做个读分配动作),然后会更新cache line
中的数据。
8、Cache更新策略?
指的是cache命中时,写操作应该如何更新数据。
写直通:当CPU执行store指令并在cache命中时,我们更新cache中的数据并且更新主存中的数据。cache和主存的数据始终保持一致。
写回:当CPU
执行store
指令并在cache
命中时,我们只更新cache
中的数据。并且每个cache line
中会有一个bit
位记录数据是否被修改过,称之为dirty bit
。我们会将dirty bit
置位。主存中的数据只会在cache line
被替换或者显示的clean
操作时更新。因此,主存中的数据可能是未修改的数据,而修改的数据躺在cache中。cache和主存的数据可能不一致。
最后
关于cache的内容,还有TLB、MESI、内存一致性模型等等,是一个需要沉淀和总结才能真正掌握的东西。
但可能很多人都用不上,只有涉及到性能问题,当你需要提高cache命中率时,才知道这些知识的重要性。
关于本文讲的知识,总结了一份cache基础知识的思维导图:
以上就是入职后,我才明白什么叫Cache的详细内容,更多请关注Work网其它相关文章!