cache主存同时访问缺点

Posted 2023-05-09

参考技术A 其中一个缺点就是，程序的执行时间变得不确定。

因为cache很小并且只保存主存的一个子集，cache会在程序执行时迅速填满。当cache被填满时，必须删除（evict）现有指令或数据以为新的指令或者数据腾出空间。

因此，在任何给定时间，程序或者程序员都无法确定是否能够在cache中找到特定的指令或数据。

实时系统

这意味着不同cache状态下特定程序的执行时间可能会有很大差异。所以，在实时系统（强调确定性）中，cache行为的不确定性是一个很大的问题。

外设空间

有时，程序员希望能够立马从外设寄存器中读取最新数据，例如timer，这个时候外设寄存器的值就不应该填充到cache中。

cache写回策略

有时，我们希望确认处理器内核写入的数据已经到达内存，而不是仅停留在cache中。

cache一致性

有时，cache和主存的内容可能不一样，这是因为处理器更新了cache的内容，这些内容还没有写回（write-back）。或者多个内核共享内存，其中一个内核修改了主存，而另一个内核的cache中还包含旧的无效数据。

Cache写机制

Cache 写机制分为：Write-through和Write-back

 

Write-through(直写模式)

定义：在数据更新时，同时写入缓存Cache和后端存储（主存）；

优点：操作简单；

缺点：因为数据修改需要同时写入存储，数据写入速度较慢。

 

对于写缺失使用no write allocate policy（见下文）的write through 处理流程

 

 

Write-back(回写模式)

定义：在数据更新时只写入缓存Cache，只在数据被替换出缓存时，被修改（用dirty标记）的缓存数据才会被写到后端存储（主存）；

优点：数据写入速度快，因为不需要写到后端存储（主存）；

缺点：一旦更新后的数据未被写入存储时出现系统掉电的情况，数据将无法找回。

 

对于写缺失使用write allocate policy（见下文）的write back 的处理流程：

注意：上述两种写模式都是针对当缓存cache中存在要写的数据的地址时的分配策略，然而，当要写的数据的地址不在缓存cache中，即发生Write miss。

 

Write-miss(写失效)

write-miss（即所要写的数据的地址不在cache中）的处理方式有两种：

no write allocate policy:将要写的内容直接写回main memory;

write allocate policy:将要写的地址所在的块先从main memory(主存)调入cache中，然后写cache；

 

注意：拿L1 Dcache为例，因为对一个cache line的写入一般不会刚好是一个cache line的长度（抓了trace看过，肉眼观察是8个字节的访问粒度居多），

一个cache line一般是64字节，你的一次register spilling只有几个字节，也就是说你的一次写入只更新了一个cache line的一小部分，其他部分的值必须保持和内存一致，

所以你不能在cache里随便找一个地方就写，而是要先把旧值取上来，再写入，这是write-allocate的做法。