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CPU多级缓存与缓存一致性

来源:互联网 收集:自由互联 发布时间:2022-08-15
CPU多级缓存结构: 为什么需要CPU缓存 因为CPU的频率太快了,快到主存跟不上,这样在处理器时钟周期内,CPU常常需要等待主存,浪费资源。所以cache的出现,是为了缓解CPU和内存之间速

CPU多级缓存结构:4.jpg

为什么需要CPU缓存

因为CPU的频率太快了,快到主存跟不上,这样在处理器时钟周期内,CPU常常需要等待主存,浪费资源。所以cache的出现,是为了缓解CPU和内存之间速度的不匹配问题(结构:cpu -> cache -> memory)。

CPU缓存有什么意义

局部性原理:

  • 时间局部性:如果某个数据被访问,那么在不久的将来它很可能被再次访问;
  • 空间局部性:如果某个数据被访问,那么与它相邻的数据很快也可能被访问;

    缓存一致性(MESI)

    用于保证多个CPU cache之间缓存共享数据的一致image.pngMESI协议中,每个cache的控制器不仅知道自己的操作(local read和local write),每个核心的缓存控制器通过监听也知道其他CPU中cache的操作(remote read和remote write),今儿再确定自己cache中共享数据的状态是否需要调整。

  • local read(LR):读本地cache中的数据;
  • local write(LW):将数据写到本地cache;
  • remote read(RR):其他核心发生read;
  • remote write(RW):其他核心发生write;

M(modify 修改):当前CPU cache拥有最新数据(最新的cache line(缓存行)),其他CPU拥有失效数据(cache line的状态是invalid),虽然当前CPU中的数据和主存是不一致的,但是以当前CPU的数据为准;E(exclusive 独享):只有当前CPU中有数据,其他CPU中没有改数据,当前CPU的数据和主存中的数据是一致的;S(shared 共享):当前CPU和其他CPU中都有共同数据,并且和主存中的数据一致;I(invalid 失效):当前CPU中的数据失效,数据应该从主存中获取,其他CPU中可能有数据也可能无数据,当前CPU中的数据和主存被认为是不一致的;对于invalid而言,在MESI协议中采取的是写失效(write invalidate)。MESI.pngMESI2.png

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