Cache的一致性问题

Posted 2021-03-03 ljwdemo

Cache中的内容是主存中的副本。访问数据是先访问Cache，Cache中没有再看主存中有没有。当对cache中的内容更新时，就会存在cache和主存如何保持数据一致的问题。此外，下列问题也会导致cache一致性问题。

• 多个设备都允许访问主存时，cache中的内容被cpu修改，而主存中的没有，同时该内容需要写入磁盘，此时从内存写入到磁盘的数据和cache(希望的数据)不一样。
• 当多个CPU都有各自的cache而共享主存时，若有一个cpu修改了自身cache中的内容，则对应的主存块和其他cpu中对应的cache行的内容都变为无效（共享数据，数据更改了，未及时更改的那些数据都没用了）

Cache一致性问题的关键是处理好写操作。

全写法

对写命中，写未命中的解释：cache的写命中和写未命中，就是磁盘或者内存上的存储区域之前有没有写过数据。如果有，这次再写到相同的区域叫写命中；如果写到其他区域，叫写未命中。

写操作时，若写命中，则同时写cache和主存；若写不命中，则有以下两种方式。

• 写分配法：
  • 先更新主存中的数据，再将更新后的主存块装入到cache中。可重复利用程序的局部性原理。
• 非写分配法：
  • 仅更新主存中数据不写入cache，可减少读入主存块的时间，但是没有很好地利用程序地局部性原理。
• 为减少写主存地开心，通常再cache和主存之间加一个写缓冲，写入cache时也写入缓冲中，然后由存储控制器将写缓冲中的数据写入主存。（写缓冲的读取速度很快，远远高于对主存的读取速度）

回写法

CPU执行写操作时，若写命中，则信息只写入cache不写入主存；若写不命中，则在cache中分配一行，将主存块调入该cache行中并更新相应单元的内容。该方式下，写不命中时通常采用写分配法进行写操作。

我个人理解，写命中就是这个数据在cahce和内存里，但是内容不对需要更新。写未命中就是，这个数据不在内存，也不在cache，需要申请一块新的空间存放它。