转载

CSAPP Cache 详细解析

前言

又要来推荐 CSAPP 这本书啦。很多同学可能写了这么久代码，计算机的基本工作方式都不太懂，看这本书会给你一种融会贯通的感觉，小到二进制位级操作，大到手撸web服务器。

今天主要整理下 Cache 的运行机制。

编程说到底其实就是对数据的操作。 CPU 通过各种总线从读取数据，放入 ALU(运算器) 进行运算，然后再把数据放回主存中。下面是一个简单的示意图。

CSAPP Cache 详细解析

很明显。数据运输过程的时间，就是性能的提现。没有数据 CPU 只能在那里等待.所以为了加快主存到 CPU 的速度，系统设计者采取了存储设备分层的结构.

Cache 又称为 高速缓存存储器 ，是一种非常小非常快的存储器，同时也非常贵，放在 CPU 和 主存 之间，相当于中介的存在，每当 CPU 取数据的时候总是先从 Cache 中找，如果 Cache 没有，再到 主存 找。

CPU 和 主存 直接会放置多个 Cache ，越靠近 CPU 则越小越快越贵。

CSAPP Cache 详细解析

程序一般使用数据，都倾向于使用地址靠近的数据，或者是最近刚刚使用过的数据。回想下你之前写的程序是不是这样。比如说数组，一整块连续的地址循环访问。不断访问同一个数据去做求和之类的操作。所以分为如下

查找 Cache 中数据时，找到了称为 Hit ,没找到则称为 Miss

Miss 的情况分为三种

Cold Miss .也就是第一次找的时候， Cache 不含数据，当然是 Miss
Conflict Miss .比较有意思的一种的情况。比如说第一次查找数据 0 ，第一次时不含数据属于 Cold Miss ，然后就去主存中找，放到 Cache 中，第二次查找需要数据 8 ，又没有，继续去主存那里找，注意！， 8 把放到 Cache 中时覆盖了 0 ，第三次你又需要 0 了，然后就悲剧了，不断 0,8,0,8,0,8,0,8 Miss ,当然这里涉及到一个写策略。
Capacity Miss .这种也比较容易理解，就是你需要的数据超过 Cache 的大小了，当然 Miss 了