《深入理解计算机系统》读后笔记三——“第六章 存储器层次结构”

第六章——存储器层次结构

1、存储器层次结构

看这一章，首先了解存储器层次结构是什么。



2、局部性：

在存储器层次结构的基础之上引出了一个很重要的思想，也是计算机程序里面一个很基本的属性”局部性“。局部性又分为两 个方面：1、 时间局部性：有良好的时间局部性程序中，被引用过一次的存储器很有可能在不久的将来再被多次调用；2、 空间局部 性：有良好空间局部性程序中，被引用过一次的存储器，很有可能在不久的将来引用其附近临近的存储器。由此可以给出量化评价
一个程序局部性的简单原则：1、重复引用一个变量的程序有良好的时间局部性；2、对于步长为k的引用模式的程序，步长越小， 程序的空间局部性越好；3、对于取指令来说，循环有好的时间和空间局部性。

3、缓存：

第k层总是作为第k+1层存储设备的数据对象的缓冲区域，使用高速缓存这个过程称为缓存。在这过程中，总是以传送单元（块）在第k层与第k+1层之间来回拷贝数据。

对于缓存：一般有缓存命中和缓存命不中两种情况。对于缓存命中的情况比较简单，就是我们需要从k+1层中提取的数据正好就在已经缓存在第k层中了。对于缓存命不中则有几种不同的情况：1、 冷不命中（强制性不命中）：若第k层缓存是空的，那么对任何数据对象的访问都是不命中的；2、冲突命不中：发生在缓存足够大，能够保存引用的数据，但是由于多个引用数据被映射在了缓存区的同一个位置，导致多次缓存不命中；3、容量不命中：当缓存太小了，不能处理一个完整的工作集（程序按照一系列的阶段来运行，每一个阶段访问块的某一相对稳定不变的集合，这个集合就叫工作集）的时候出现这种情况。
4、高速缓存存储器



上图给出了通用高速缓存存储器的结构（S,E,B,m）：S为高速缓存组数组，每个高速缓存组包含E个高速缓存行，每行由B字节的数据块组成，有效位说明该行数据是否包含有意义的信息，还有t=m-(b+s)个标记位，它们唯一地标识存储在这个高速缓存行中的块。缓存容量大小：C=S*E*B
这个部分需要注意的是：为什么高速缓存用中间的位作为组索引，而不是用高位。这是因为使用高位一些连续的存储器会映射在相同的高速缓存块中，造成冲突不命中的情况。
4.1 有关读写的问题
有关读的问题比较简单，读命中了就不需要什么操作了；读不命中，就需要重新从下一级存储器拷贝就OK了。
对于写就相对复杂一点，在字w写命中的时候，有直写“在需要写的时候立即将w的高速缓存写回到紧接着的低一层中去”和写回“尽可能的推迟存储器更新，只有当替换算法要替换掉这一个块的时候，才把w写回紧接着的低一层去”两种方式。
写不命中时，有两种处理方法：写分配“加载相应的低一层的快到高速缓存，然后更新这个高速缓存块”和非写分配“直接写入到低一层去，避开高速缓存”。
5.存储器山的理解
当时间局部性很差的时候空间局部性仍能补救。