cache 概念、主存映射、替换算法、写策略

cache

• 基于程序的局部性原理
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• 突然想起之前字节面试时问过这个问题，当时是回答的按列不连续，但是忘记说cache的存在了，由于会将空间局部放进cache，所以实际上按列无法直接访问cache，故速度更慢
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• 每次被访问的主存块，一定会被立即调入cache

cache与主存的映射

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• 标记 标识cache中的每个块是主存的哪个块

• 有效位 标识是否有效 （可以区分0块和空）

• 全相连映射

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• 直接映射

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• 组相连映射

  • 和直接映射区别不大其实
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• 总结：

  • 全连接映射：空间利用率高，每个主存块可以放到任意的cache位置，但是在查找时，需要遍历所有进行对比，看是否命中，时间上一般，命中率高
  • 直接映射在时间上比较快，基本是O(1)，但是就算cache有剩余空间，大概率也放不进来，命中率很低
  • 组相连也差不多吧
  • 所以又是时间与空间的平衡

cache替换算法

• 对于不同的映射方式，它的替换算法是不同的
  • 直接映射不需要考虑
• 随机算法：
  • 若cache满了，随机选择一块替换
• FIFO 先进先出
  • balabala
• LRU 近期最少使用
  • 计数器，使用次数
• LFU最不经常使用
• 这里都在操作系统中学过了，所以不记录了，没有必要

cache的写策略

• cache与主存的数据一致性
• 实际上这里和redis、mysql的逻辑是一样
• 写命中
  • 写回法：只修改cache内容，只有当此块被换出时才写会主存
    • 增加一个脏位进行标记
  • 全写法：都修改
    • 一般使用写缓冲 write buffer，从而减少cpu访问主存的次数
    • SRAM实现FIFO队列的写缓冲
    • 专门的控制电路将FIFO逐一写回
    • 适合cpu写操作不频繁，若频繁，则FIFO会阻塞
• 写未命中
  • 写分配法：先把主存块调入cache，然后修改cache
    • 适合与写回法搭配使用
  • 非写分配法：同时修改，使用写缓冲
    • 与全写法搭配
• 多级cache
  • L1、L2、L3
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• cache速度比较快，所以它们之间用全写法；cache和主存之间速度差异大，所以用写回法