cache的读写机制

CPU读Cache时：

●如果cache hit，则CPU直接从Cache中读取数据即可。

●如果cache miss，有两种处理方式：

   > Read through，即直接从内存中读取数据；

   > Read allocate，把目标地址所在的 cache line 从内存加载到 Cache，然后 CPU 从这个 cache line 中取得需要的数据

 

CPU写Cache时：

●如果cache hit：

根据是write-back还是write-through来具体操作：

> write-back：将数据更新到cache，并不更新到内存（DRAM），待后续flush cache时存入内存；

> write-through：数据同时会更新到cache和内存；

●如果cache miss：

根据是write-allocate或是write-no-allocate：

> write-allocate：将要写入的位置从内存读到cache，然后按照上述write hit继续操作；

> write-no-allocate：不会将要写入的数据从内存读到cache，直接将数据写的到内存（DRAM）

 

1. 读 Cache 策略对比

策略	Cache miss 时怎么做	优点	缺点	适合场景
Read allocate	从内存加载目标地址所在的 cache line 到 Cache，再从 Cache 读	利用空间局部性；后续访问附近数据可能 hit；普通程序性能好	可能污染 Cache；占用内存带宽；一次性访问时不划算	普通数据读取、数组遍历、结构体访问
Read no-allocate / Cache bypass	直接从内存或下一级 Cache 读，不放入当前 Cache	避免 Cache 污染；节省 Cache 空间；适合大块流式读	后续再访问同一数据仍然 miss；不能利用局部性	一次性读取、大块 streaming、DMA/I/O 数据

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2. 写 hit 策略对比

策略	Cache hit 时怎么做	优点	缺点	适合场景
Write-back	只更新 Cache，并把 cache line 标记为 dirty，之后再写回内存	写性能高；减少内存写流量；适合频繁修改同一数据	内存中数据可能不是最新；一致性维护复杂；dirty line 替换时成本高	通用 CPU、高性能系统、频繁写数据
Write-through	同时更新 Cache 和内存，或至少更新到下一级存储	内存数据较新；实现简单；一致性更容易处理	写流量大；频繁写时性能较差；通常需要 write buffer	简单处理器、嵌入式系统、I/O 相关区域

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3. 写 miss 策略对比

策略	Cache miss 时怎么做	优点	缺点	适合场景
Write-allocate	先从内存加载目标地址所在的 cache line 到 Cache，再执行写操作	写完后继续读/写容易 hit；适合有局部性的数据；常与 write-back 搭配	写 miss 代价高；需要先读整条 cache line；可能污染 Cache	普通变量写入、数组更新、写后还会访问的数据
Write-no-allocate / Write-around	不加载进 Cache，直接写到内存或下一级 Cache	避免 Cache 污染；省去读入 cache line 的开销；适合一次性写	写完后再读/改仍然 miss；不能利用写局部性	大块流式写、一次性 buffer 写入、I/O 输出