0
点赞
收藏
分享

微信扫一扫

9、CPU Cache 的数据写入

了解了CPU Cache的存在背景和CPU Cache 的结构,最理想的情况就是期望 CPU 读取数据的时候,都是尽可能地从 CPU Cache 中读取,而不是每一次都要从内存中获取数据。

所以,身为程序员,要尽可能写出缓存命中率高的代码,这样就有效提高程序的性能,​但事实上,数据不光是只有读操作,还有写操作,那么如果数据写入 Cache 之后,内存与 Cache 相对应的数据将会不同,这种情况下 Cache 和内存数据都不一致了,于是我们肯定是要把 Cache 中的数据同步到内存里的。问题来了,那在什么时机才把 Cache 中的数据写回到内存呢?为了应对这个问题,下面介绍两种针对写入数据的方法:


1、写直达

保持内存与 Cache 一致性最简单的方式是,把数据同时写入内存和 Cache 中,这种方法称为写直达(Write Through

9、CPU Cache 的数据写入_数据

在这个方法里,写入前会先判断数据是否已经在 CPU Cache 里面了:

  • 如果数据已经在 Cache 里面,先将数据更新到 Cache 里面,再写入到内存里面;
  • 如果数据没有在 Cache 里面,就直接把数据更新到内存里面。

写直达法很直观,也很简单,但是问题明显,无论数据在不在 Cache 里面,每次写操作都会写回到内存,这样写操作将会花费大量的时间,无疑性能会受到很大的影响。

​2、写回

既然写直达由于每次写操作都会把数据写回到内存,而导致影响性能,于是为了要减少数据写回内存的频率,就出现了写回(Write Back)的方法

在写回机制中,当发生写操作时,新的数据仅仅被写入 Cache Block 里,只有当修改过的 Cache Block「被替换」时才需要写到内存中,减少了数据写回内存的频率,这样便可以提高系统的性能。

9、CPU Cache 的数据写入_数据_02

那具体如何做到的呢?下面来详细说一下:

  • 如果当发生写操作时,数据已经在 CPU Cache 里的话,则把数据更新到 CPU Cache 里,同时标记 CPU Cache 里的这个 Cache Block 为脏(Dirty)的,这个脏的标记代表这个时候,我们 CPU Cache 里面的这个 Cache Block 的数据和内存是不一致的,这种情况是不用把数据写到内存里的;
  • 如果当发生写操作时,数据所对应的 Cache Block 里存放的是「别的内存地址的数据」的话,就要检查这个 Cache Block 里的数据有没有被标记为脏的:
  • 如果是脏的话,我们就要把这个 Cache Block 里的数据写回到内存,然后再把当前要写入的数据,先从内存读入到 Cache Block 里(注意,这一步不是没用的,具体为什么要这一步,可以看这个「​​回答 (opens new window)​​」),然后再把当前要写入的数据写入到 Cache Block,最后也把它标记为脏的;
  • 如果 Cache Block 里面的数据没有被标记为脏,则就直接将数据写入到这个 Cache Block 里,然后再把这个 Cache Block 标记为脏的就好了。

可以发现写回这个方法,在把数据写入到 Cache 的时候,只有在缓存不命中,同时数据对应的 Cache 中的 Cache Block 为脏标记的情况下,才会将数据写到内存中,而在缓存命中的情况下,则在写入后 Cache 后,只需把该数据对应的 Cache Block 标记为脏即可,而不用写到内存里。

这样的好处是,如果我们大量的操作都能够命中缓存,那么大部分时间里 CPU 都不需要读写内存,自然性能相比写直达会高很多。

为什么缓存没命中时,还要定位 cache block?这是因为此时是要判断数据即将写入到 cache block 里的位置,是否被「其他数据」占用了此位置,如果这个「其他数据」是脏数据,那么就要帮忙把它写回到内存。


举报

相关推荐

0 条评论