cache写策略操作系统

🕗 发布于 2024-11-12 13:06 操作系统

在计算机系统中，为了提高数据的响应速度在CPU内置了cache，用来提高CPU和主存的交互。以下主要是对cache的理解。

cache是主存里数据的副本。cache的写策略，又分为两种：

在这里插入图片描述

写直达简单、直观，但是性能不高。

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写命中：CPU直接将数据写入到Cache Block中，将该Cache Block的脏位设置为1，表示该数据已经被修改，但主存中的对应数据尚未更新，可以减少不必要的写操作。
写未命中
- Cache Block为脏：在新数据写入缓存前，先将脏的Cache Block中的旧数据写回主存，以确保主存中保存最新的数据。然后将要写入的数据从主存中读取到Cache Block，并将新数据写入该块，将脏位设置为1，标记数据已被修改。
- Cache Block不为脏：直接将需要的数据从主存载入到Cache Block，并写入新的数据。同样，将脏位设置为1，表示数据已修改，但主存中尚未更新。

在写回机制中，新的数据仅仅被写入到Cache Block里，只有当修改过的Cache Block被替换时才需要写到内存中。

Cache机制就是为了让CPU在处理数据时不总是访问主存，尽可能从更靠近CPU的存储位置获取数据。

问题：在一个多核的CPU中，比如四核的CPU，我在1号核心执行i++，但是2号核心使用i的时候是0，这表示了在一号核心计算后的结果并未同步到其他核心，那么就会导致执行结果错误。

对于第一个问题，解决方法就是写传播的方式，当某个CPU核心更新了Cache里的数据，就把该事件广播到其他核心。

那么这个方法就是总线嗅探。

每个CPU都会监听总线上的广播事件，及时更新自己Cache的数据，但是不能保证操作数据的顺序。所以又有基于总线嗅探的协议MESI协议。

MESI协议状态转换行为表

当前状态	事件	行为	转换后状态
无效 (I)	Local Read	如果其他核心没有该数据，则从主存中加载数据，状态变为Exclusive；如果其他核心有该数据，则状态变为Shared。	E 或 S
	Local Write	从主存加载数据到Cache并修改，将状态设置为Modified	M
	Remote Read	保持无效，其他核心读取无影响	I
	Remote Write	保持无效，其他核心写入无影响	I
独占 (E)	Local Read	从Cache中读取数据，状态保持不变	E
	Local Write	修改数据，将状态设置为Modified	M
	Remote Read	将数据共享给请求的核心，状态变为Shared	S
	Remote Write	使当前Cache行无效，状态变为Invalid	I
共享 (S)	Local Read	从Cache中读取数据，状态保持不变	S
	Local Write	修改数据，将状态设置为Modified	M
	Remote Read	共享数据给请求的核心，状态保持不变	S
	Remote Write	其他核心写入数据，当前Cache行失效，状态变为Invalid	I
修改 (M)	Local Read	从Cache中读取数据，状态保持不变	M
	Local Write	修改数据，状态保持不变	M
	Remote Read	将数据写回主存以更新，再共享给请求的核心，状态变为Shared	S
	Remote Write	将数据写回主存以更新，然后将当前Cache行失效，状态变为Invalid	I

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_73337964/article/details/143708467

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