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caching - 写入内存的策略

问题描述

我了解何时需要将数据传送到 CPU：

  1. 在缓存未命中时，我们访问缓存，访问 DRAM：

    a) 如果 DRAM 命中，我们将数据从 DRAM 复制回缓存。
    b) 我们将数据从磁盘复制到 DRAM，然后从 DRAM 复制到缓存。

  2. 在缓存命中时，我们只访问缓存。

写入内存时应该使用什么策略？

例如：

在每次写入缓存命中时，我们是否更新缓存、DRAM 和磁盘？

对于每次写入未命中，我们是否写入磁盘，将该磁盘块读入 DRAM，然后将 DRAM 块读入缓存？

标签： cachingpagingcpu-architecturevirtual-memorycpu-cache

解决方案

大多数现代 CPU 的缓存速度比 DRAM 快得多，因此回写是唯一有意义的策略。当片上缓存和 DRAM 之间的差距不是很大时，一些较旧的 CPU 或现代嵌入式可能具有直写 CPU 缓存。无论哪种方式，这都是硬件管理的，对软件是不可见的。

但是写入总是在 DRAM 处停止，如果/当他们做到了那么远。当页面在 DRAM 中时，磁盘上的“后备存储”并不重要。如果您想将 DRAM 视为内存映射文件（或匿名内存的页面文件）的缓存，那么唯一对性能有意义的写入策略就是回写！

回写到磁盘是由软件管理的，因此实施直写策略需要在提交到 DRAM 后使每个存储陷阱到操作系统，此时操作系统必须运行一堆代码来启动 SATA 写入命令的整个页面。（并且必须在不访问任何 DRAM 本身的情况下执行此操作，否则这些写入将如何在磁盘上同步？或者您可能会在这里摆脱困境，因为内核内存通常不可分页，因此该内核代码仅被支持通过 DRAM，而不是最终通过磁盘页面。）

即使磁盘写入可以有效地使用字节或字粒度（除非您的“磁盘”实际上是非易失性 RAM，例如 3D XPoint（例如Optane DC Persistent Memory）或电池支持的 DRAM，否则它非常不可能），仅仅捕获每家商店仍然会破坏性能，比如慢数百倍。

DRAM和磁盘的差距一直很大；硬件没有机制可以有效地写入“磁盘”。除了连接到内存总线的现代非易失性存储之外，它可以真正进行内存映射，如 Linux mmap(MAP_SYNC)。但是在 cpu-cache 和持久性 NV-DRAM 之间没有普通的 DRAM

I/O 与 DRAM 性能；随机 DRAM 写入（在现代 x86 上，使用绕过缓存的 NT 存储）需要大约 60ns 的 64 字节粒度（对于完整缓存行的突发写入），包括将存储从 CPU 核心获取到内存控制器。（60ns 实际上类似于读取的 L3-miss 加载使用延迟，但我将假设 NT 存储类似。）

随机磁盘写入旋转磁盘大约需要 10 毫秒，因此慢了大约 6 个数量级。甚至检测

此外，磁盘写入的最小大小通常为 512 或 4096字节（1 个硬件扇区），因此要写入 1 个字节或字或 CPU 高速缓存行，将需要磁盘的读取-修改-写入周期。

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