《现代体系结构上的UNIX系统：内核程序员的对称多处理和缓存技术（修订版）》——2.6 全相联高速缓存...

本节书摘来自异步社区《现代体系结构上的UNIX系统：内核程序员的对称多处理和缓存技术（修订版）》一书中的第2章，第2.6节，作者：【美】Curt Schimmel著，更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看

2.6 全相联高速缓存

在高速缓存内，组的大小可以增加到使组内的行数等于高速缓存内的全部行数。此时的高速缓存就称为全相联高速缓存（fully associative cache）。在全相联高速缓存中只有一组，它包含高速缓存中所有的行。不需要散列计算或者索引机制，因为只有一组要检查。采用任何n路组相联高速缓存时，都是并行搜索组内所有的高速缓存行。顾名思义，全相联高速缓存在每次查找的时候都要在全部高速缓存内进行搜索。

之所以需要全相联高速缓存，是因为它能够把高速缓存颠簸（thrashing）的现象减到最少，原因是在高速缓存中的任何位置都可以保存数据的任何部分。于是，从理论上来说，如果一个程序具有局部引用性的地方小于或者等于高速缓存的大小，那么它就会获得100%的命中率，并从高速缓存得到最大可能的性能提升。

全相联高速缓存构建起来要比同等大小、但每组行数较少的高速缓存成本高，因为必须并行搜索高速缓存中的所有行。这就是全相联高速缓存很少用于指令和数据的主要原因。在使用它们的时候，通常是小规模、有特殊用途且有高度时间局部性的高速缓存，比如转换后备缓冲器（translation lookaside buffer，TLB）。TLB高速缓存最近在MMU内使用过虚拟地址到物理地址的转换。小规模、全相联的TLB比较实用，因为大多数程序都体现出了局部引用特性，这意味着工作集的转换会被多次使用。此外，因为每一次转换都映射了完整的一页数据，所以只需几个转换就能提供良好的性能。例如，TI MicroSPARC使用一个有32项的全相联TLB，而SuperSPARC有64项。Motorola 88200和所有MIPS处理器上的TLB也都是全相联高速缓存。