缓存 Cache

L10-Cache <- 课件

笔记放在PDF中了~

• 一读取就是一个 block

替换策略

关于(组相联 & 全相连) : 需要考虑替换问题

处理缓存的读请求:

适用于lcache和D cache

• 命中 顺利读取数据
• 缺失 阻塞流水线 从下层存储层级获取请求的数据 数据保存至缓存，读取请求的字 恢复流水线运行

处理缓存写命中

写直达 & 写回

写缓冲： 在 Cache 和内存中间 ， 一旦放入写缓冲， 就当作完成任务了， 不必等待。担任缓冲容量有限。

写回：

• 只将数据写回到缓存
• 只有需要将缓存块驱逐(Evicted)时, 才写回到下层存储层
• 每个缓存块需要1 bit 脏块 标记

处理缓存写缺失

写直达流程图:

写回流程图:

替换算法

直接映射：不需要选择替换的块 组相联映射：

• 首先映射到有效位为0的项 (优先占用空闲的行)
• 如果没有，在该组的项中挑选一个项替换 最近最少使用(LRU,Least-recently used)
• 替换很长时间没有使用的块
• 不适用于超过4路的组相联映射 随机替换
• 当相联度较高时，与LRU性能类似

分析: 全相联映射缓存最好，组相联缓存次之，直接映射缓存最差 通常情况使用组相联映射，并采用LRU替换策略 较大的cache 块能更好地利用空间局部性以降低缺失率 在固定块大小的cache中

较大块 => 块的数量减少 地址映射的竞争增大 => 增加缺失率 较大块 => 空间局部性降低

#虚拟存储

虚拟存储器 (Virtual Memory)

存储器的存储容量可能小于可寻址空间

• 32-bit地址可以寻址4GB空间
• 内存地址可能只有1GB

系统可以同时运行多个程序,如果这些程序运行所需的 存储空间大于实际内存容量，系统该如何运行？

虚拟存储器

• 将主存用作辅助存储器的 高速缓存 的技术
• 程序拥有自己的虚拟地址空间, 存储频繁访问的代码与数据
• 根据 局部性原理 而设计

虚拟存储器 优势:

• 运行时, CPU和OS将虚拟地址转换为物理地址
• 实现多个程序共享存储器
• 允许运行超过主存容量的程序
• 代码重定向: 代码可以加载进内存的任何地方 (物理地址上可以不连续)

例子: 从存储层次结构来看

• 假设内存容量为1GB，此时已经使用了1GB容量，在程序运行时需要额外的存储空间
• 把内存中的一块数据 （100MB） 移出到硬盘
• 此时，内存有100MB的空闲 （free） 存储空间
• 如果稍后，需要使用被替换出去那块数据
• 需要把内存中其他的数据块移出到硬盘，以获得100MB的空闲存储空间将原来的数据载入