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  • 很多不知道缓存真正的含义?今日为你们带来的文章是关于关于缓存的具体含义讲解,还有不清楚小伙伴和小编一起去学习一下吧。这里我们要知道的是缓存分为硬件缓存还有软件缓存,虽然功属于不同的范围,但是缓存的...

    很多人不知道缓存真正的含义?今日为你们带来的文章是关于关于缓存的具体含义讲解,还有不清楚小伙伴和小编一起去学习一下吧。

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    这里我们要知道的是缓存分为硬件缓存还有软件缓存,虽然功属于不同的范围,但是缓存的存在都是为了设备以更快的速度来运行。

    硬件缓存:(如CPU、硬盘等)

    硬件缓存的存在主要是为了为了协调系统和硬件之间的读取速度而设计的

    CPU的缓存是提高了CPU对内存反复的数据的处理速度.CPU要运算的数据都是从内存取来的 但是内存速度比CPU慢很多,CPU总是在干等,划不来, 于是在CPU里设计了高速缓存(容量相对内存很小) 事先把CPU可能会用到的数据从内存取到缓存, 由于预测机制的作用,在90%以上的情况下, CPU需要的数据就在缓存里面,很快就可以取到。 这样明显可以大幅提高系统的效率。 而硬盘的缓存是提高CPU与硬盘之间的速度.同样,内存里面的数据大部分是从硬盘取来的, 内存速度比硬盘要快几十倍,内存等硬盘读盘也等得很烦。 于是在硬盘里面设计了跟内存速度差不多的缓存 事先把内存可能用到的数据从硬盘读到缓存。 然后内存要数据的话,先到硬盘缓存找找, 实在找不到再让硬盘读盘。

    软件缓存:(如浏览器,各种软件)

    有很多软件在运行时都会进行缓存,这些缓存会以临时文件方式储存于电脑磁盘中,当软件再次启动时,软件会优先从缓存中读取数据,这样无疑加快了软件的运行速度和数据处理速度。

    如浏览器打开一些网页之后,会缓存于电脑中,下次打开会先读取缓存中的数据而不是去网络中调用。

    浏览器强制刷新缓存通常用CTRL+ F5键。

    软件缓存有优点也有缺点,如软件缓存越来越多会导致系统中临时文件过多而造成变慢的问题,同时很多软件的缓存体积非常大,无疑会占用大量空间,所以有时我们会通过清理缓存的方法来优化系统的速度。

    以上就是关于关于缓存的具体含义讲解,希望学习后对你有所帮助。

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  • cpu刷新缓存什么意思 即使来自经验丰富的技术人员,我也经常听到有关某些操作如何导致CPU缓存“刷新”的话题。 这似乎说明了关于CPU缓存如何工作以及缓存子系统如何与执行核心交互的一个非常普遍的谬论。 在本文...

    cpu刷新缓存是什么意思

    即使来自经验丰富的技术人员,我也经常听到有关某些操作如何导致CPU缓存“刷新”的话题。 这似乎说明了关于CPU缓存如何工作以及缓存子系统如何与执行核心交互的一个非常普遍的谬论。 在本文中,我将尝试解释CPU高速缓存实现的功能,以及执行我们的指令程序的内核如何与它们交互。 作为一个具体的例子,我将介绍一种最新的Intel x86服务器CPU。 其他CPU使用类似的技术来达到相同的目的。

    执行我们程序的大多数现代系统在设计上都是共享内存的多处理器系统。 共享内存系统只有一个内存资源,可以由2个或更多独立的CPU内核访问。 主存储器的延迟很高

    范围从10s到100s的纳秒。 在100ns内,一个3.0GHz CPU最多可以处理1200条指令。 每个Sandy Bridge内核能够并行退出每个周期最多4条指令(IPC)。 CPU使用高速缓存子系统来隐藏此延迟,并允许它们行使其巨大的能力来处理指令。 其中一些缓存很小,非常快,并且对于每个核心来说都是本地的。 其他一些则速度较慢,更大并且在内核之间共享。 这些缓存与寄存器和主存储器一起构成了我们的非持久性存储器层次结构。 下次您要开发一种重要的算法时,请尝试考虑高速缓存未命中是丢失执行500条CPU指令的机会! 这是针对单插槽系统的,在多插槽系统上,当内存请求跨插槽互连时,您可以有效地将损失的机会加倍。

    记忆层级

    图1。

    对于大约2012 Sandy Bridge E类服务器,我们的内存层次可以分解如下:

    1. 寄存器 :每个内核中都有单独的寄存器文件,其中包含160个整数条目和144个浮点数。 这些寄存器可在一个周期内访问,并且构成了我们执行内核可用的最快的内存。 编译器会将我们的局部变量和函数参数分配给这些寄存器。 启用超线程后 ,这些寄存器在同一位置的超线程之间共享。
    2. 内存排序缓冲区(MOB) :MOB由64项加载和36项存储缓冲区组成。 这些缓冲区用于在等待高速缓存子系统时跟踪运行中的操作。 存储缓冲区是一个完全关联的队列,可以搜索现有的存储操作,这些存储操作在等待L1高速缓存时已排队。 这些缓冲区使我们的快速处理器能够在高速缓存子系统之间来回传输数据时异步运行。 当处理器发出异步读写时,结果可能会乱序返回。 MOB用于消除负载和存储顺序的歧义,以符合发布的内存模型
    3. 一级缓存 :L1是一个核心本地缓存,分为单独的32K数据缓存和32K指令缓存。 访问时间为3个周期,并且可以隐藏,因为内核对L1高速缓存中已有的数据进行了指令流水线处理。
    4. 二级缓存 :L2缓存是一个核心本地缓存,旨在缓存L1和共享L3缓存之间的访问。 L2高速缓存的大小为256K,并充当L1和L3之间的有效存储器访问队列。 L2包含数据和指令。 L2访问延迟为12个周期。
    5. 3级高速缓存 :L3高速缓存在套接字内的所有内核之间共享。 L3分为2MB的段,每个段都连接到插槽上的环形总线网络。 每个内核也都连接到该环形总线。 地址被散列到段以提高吞吐量。 根据缓存大小,延迟最多可以达到38个周期。 取决于段的数量,缓存大小最多可为20MB,环上每增加一跳,将花费一个额外的周期。 L3高速缓存包含L1和L2中同一套接字上每个内核的所有数据。 这种包容性以空间为代价,允许L3缓存拦截请求,从而减轻了专用于本地内核的L1和L2缓存的负担。
    6. 主内存 :DRAM通道以平均〜65ns的平均延迟连接到每个插槽,以便在完全缓存未命中时进行插槽本地访问。 但是,这是非常可变的,对于后续访问同一行缓冲区中的列,此值要小得多,而在排队效果和内存刷新周期发生冲突时,则要多得多。 每个插槽上将4个内存通道聚合在一起以提高吞吐量,并通过独立内存通道上的流水线隐藏延迟。
    7. NUMA :在多路服务器中,我们具有不一致的内存访问 。 这是不统一的,因为所需的内存可能位于远程插槽上,该插槽在QPI总线上有一个额外的40ns跃点。 桑迪桥(Sandy Bridge)是Westmere和Nehalem上2座系统向前迈出的重要一步。 使用Sandy Bridge,QPI限制已从6.4GT / s提高到8.0GT / s,并且可以聚合两个通道,从而消除了先前系统的瓶颈。 对于Nehalem和Westmere,QPI链接只能提供大约40%的带宽,该带宽可以由内存控制器为单个插槽提供。 这种限制使访问远程存储器成为瓶颈。 此外,QPI链接现在可以转发前几代人不能提供的预取请求。

    关联度

    缓存实际上是基于硬件的哈希表。 哈希函数通常是一些低阶位的简单掩码,用于缓存索引。 哈希表需要一些方法来处理同一插槽的冲突。 关联性级别是可用于保存地址的哈希版本的插槽数,也称为方式或集合。 具有更多级别的关联性是在存储更多数据与功耗要求以及搜索每种方式的时间之间的权衡。 对于Sandy Bridge,L1D和L2是8路关联的,L3是12路关联的。

    缓存一致性

    由于某些高速缓存对于内核而言是本地的,因此我们需要一种使它们保持一致的方法,以便所有内核都可以拥有一致的内存视图。 高速缓存子系统被认为是主流系统的“真理之源”。 如果从高速缓存中获取内存,则永远不会过时。 当缓存和主内存中都存在数据时,缓存是主副本。 这种内存管理方式称为回写,其中仅当由于使用新行代替高速缓存行而将高速缓存行逐出时,才将高速缓存中的数据写回到主内存中。 x86高速缓存可处理大小为64字节的数据块,称为高速缓存行 。 其他处理器可以对高速缓存行使用不同的大小。 较大的高速缓存行大小会降低有效等待时间,但会增加带宽需求。 为了保持高速缓存的一致性,高速缓存控制器跟踪每个高速缓存行的状态为有限数量的状态之一。 英特尔采用这一协议是MESIF ,AMD采用了变型所知道的MOESI 。 根据MESIF协议,每个高速缓存行可以处于以下5种状态之一:

    1. 已修改 :指示高速缓存行是脏的,必须在以后将其写回到内存中。 当写回主存储器时,状态将转换为“排他”。
    2. 排他性 :指示高速缓存行是排他性保留的,并且与主内存匹配。 写入时,状态然后转换为“已修改”。 为了实现此状态,发送了所有权请求(RFO)消息,该消息涉及读取以及对所有其他副本的无效广播。
    3. 共享 :表示与主内存匹配的缓存行的干净副本。
    4. 无效 :表示未使用的缓存行。
    5. 转发 :表示共享状态的专用版本,即这是指定的缓存,应响应NUMA系统中的其他缓存。

    为了从一种状态转换到另一种状态,在高速缓存之间发送了一系列消息以实现状态更改。 在Intel的Nehalem和AMD的Opteron之前,套接字之间的缓存一致性流量必须共享内存总线,这极大地限制了可扩展性。 这些天来,内存控制器流量位于单独的总线上。 英特尔QPI和AMD HyperTransport总线用于套接字之间的缓存一致性。 高速缓存控制器作为模块存在于每个L3高速缓存段中,每个L3高速缓存段都连接到插槽上的环形总线网络。 每个内核,L3缓存段,QPI控制器,内存控制器和集成的图形子系统都连接到此环形总线。 环由4个独立的通道组成,用于:每个周期的requestsnoopConfirm和32字节数据 。 L3高速缓存是包含性的,因为L1或L2高速缓存中保留的任何高速缓存行也都保留在L3中。 在侦听更改时,可以快速识别包含已修改行的核心。 L3段的高速缓存控制器跟踪哪个内核可能拥有其拥有的高速缓存行的修改版本。 如果核心想要读取一些内存,并且它没有处于共享,互斥或已修改状态; 那么它必须在环形总线上进行读取。 然后,如果不在高速缓存子系统中,则将从主内存中读取它;如果是干净的,则将从L3中读取;如果已修改,则从另一个内核中窥探它。 在任何情况下,读取都永远不会从缓存子系统返回陈旧的副本,因此保证了其一致性。

    并发编程

    如果我们的缓存始终保持一致,那么为什么我们在编写并发程序时担心可见性? 这是因为在我们的核心中,为了寻求更高的性能,数据修改可能对其他线程而言是乱序的。 有两个主要原因。

    首先,出于性能方面的考虑,我们的编译器可以生成将变量存储在寄存器中较长时间的程序,例如,循环中重复使用的变量。 如果我们需要这些变量在内核之间可见,则不得对更新进行寄存器分配。 这是通过在C中将变量定为“易失性”来实现的。 注意,C / C ++ volatile不足以告诉编译器不要对其他指令重新排序。 为此,您需要内存围栏/屏障。

    我们必须要注意的第二个主要问题是线程可以写一个变量,然后,如果它在不久之后读取它,则可以看到其存储缓冲区中的值可能早于缓存子目录中的最新值,系统。 对于遵循单一作者原则的算法而言,这绝不是问题,而对于DekkerPeterson锁算法之类的算法而言,这决不是问题。 若要解决此问题,并确保观察到最新值,线程不得在本地存储缓冲区中加载该值。 这可以通过发出篱笆指令来实现,该篱笆指令可防止后续的负载从另一个线程超前于存储。 用Java写volatile变量,除了从不分配寄存器外,还附带完整的fence指令。 在x86上的该fence指令通过阻止发布线程直到存储缓冲区被耗尽之前的进度而对性能产生重大影响。 其他处理器上的栅栏可以具有更有效的实现方式,只需将标记放在存储缓冲区中即可进行搜索边界,例如Azul Vega就是这样做的。

    如果要确保遵循单一编写器原则时跨Java线程的内存排序并避免存储隔离,可以通过使用jucAtomic(Int | Long | Reference).lazySet()方法来实现,而不是设置volatile变量。

    谬论

    作为并发算法的一部分,回到“刷新缓存”的谬论。 我想可以肯定地说,我们永远不会“刷新”用户空间程序中的CPU缓存。 我认为这种谬误的根源是需要刷新,标记或耗尽某些类型的并发算法的存储缓冲区,以便可以在后续加载操作中观察到最新值。 为此,我们需要一个内存排序屏障,而不是缓存刷新。 这种谬论的另一个可能来源是可能需要根据上下文切换上的地址索引策略来刷新L1缓存或TLB 。 ARMv6之前的ARM不在TLB条目上使用地址空间标记,因此要求在上下文切换器上刷新整个L1缓存。 许多处理器出于类似的原因要求刷新L1指令高速缓存,在许多情况下,这仅仅是因为不需要使指令高速缓存保持一致。 最重要的是,上下文切换是昂贵的,而且话题不多,因此,除了L2的缓存污染外,上下文切换还会导致TLB和/或L1缓存需要刷新。 英特尔x86处理器仅需要上下文切换上的TLB刷新即可。

    参考: Mechanical Sympathy博客上的JCG合作伙伴 Martin Thompson提供的CPU缓存刷新谬论

    翻译自: https://www.javacodegeeks.com/2013/02/cpu-cache-flushing-fallacy.html

    cpu刷新缓存是什么意思

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  • 在我们的生活中经常会听说CPU这个词,但你可知道CPU是什么意思?其实还有很多朋友不知道CPU是什么意思的,下面我们就来说说CPU到底是什么东西。CPU是英文:Central Processing Unit的缩写。Central Processing Unit...

    在我们的生活中经常会听说CPU这个词,但你可知道CPU是什么意思?其实还有很多朋友不知道CPU是什么意思的,下面我们就来说说CPU到底是什么东西。

    CPU是英文:Central Processing Unit的缩写。Central Processing Unit的译文为--中央处理器,因此,CPU就是中央处理器的简称。那么中央处理器又是什么东西呢?

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    中央处理器(CPU)是一块超大规模的集成电路,是一台计算机的运算核心(Core)和控制核心( Control Unit)。它的功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。

    中央处理器(CPU)主要包括运算器(算术逻辑运算单元,ALU,Arithmetic Logic Unit)和高速缓冲存储器(Cache)及实现它们之间联系的数据(Data)、控制及状态的总线(Bus)。它与内部存储器(Memory)和输入/输出(I/O)设备合称为电子计算机三大核心部件。

    简单来说,CPU相当于电子计算机的大脑,它有条不紊地处理着千千万万的数据,以保障电子计算机的运行。

    决定CPU的运算能力大小有以下三大方面因素影响。

    1. CPU的主频。CPU的主频大小,代表着CUP运算能力的大小。CPU的主频越高,处理数据能力就越强,比如 2GHz的CPU是 1GHz的CPU的两倍;

    2. CPU的核数。CPU的核数多少,也代表着CUP运算能力的高低。CPU的核数越多,处理数据能力就越强,单核的CPU相当于只有一个大脑,双核的CPU相当于有两个大脑,多核CPU相当于有多个大脑。因此,主频相同的情况下,双核的CPU是单核的CPU的两倍;

    3. CPU的缓存。工作时,CPU往往需要从内存和硬盘中重复读取同样的数据块,CPU的缓存容量越大,就能大幅度提升CPU内部读取数据的命中率,从而不用再到内存或者硬盘上寻找,以此提高系统性能。因此,CPU的缓存越大越好。

    经过上面的对CPU的介绍,相信大家不会再问CPU是什么意思了。不过最后我们还是来总结一下吧。CPU是Central Processing Unit的缩写,意思是中央处理器。CPU是电子计算机的中央处理器,就像人的大脑一样处理着千千万万的数据。CPU的主频、核数和缓存是判定CPU运算能力大小的三大因素。CPU的主频越高、核数越多、缓存越大,它的运算能力就越强。

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  • 作者:沈万马链接:...   俩英文单词,不先看看本义吗?虽然都是抽象单词,但在各个地方都有具象的应用。Buffer常见的是这个: ... (来源:train stop buffer bumper) ...,就是铁道端头那个巨大的弹簧一类的...

    作者:沈万马
    链接:https://www.zhihu.com/question/26190832/answer/146259979
    来源:知乎
    著作权归作者所有,转载请联系作者获得授权。

     

    俩英文单词,不先看看本义吗?虽然都是抽象单词,但在各个地方都有具象的应用。

    Buffer常见的是这个:



     
    (来源:train stop buffer bumper

    对,就是铁道端头那个巨大的弹簧一类的东西。作用是万一车没停住,撞弹簧上减速慢,危险小一些。叫缓冲

    Cache常见的是这个:



     

    (来源:upload.wikimedia.org/wi


    没错,就是一种保管箱。看到右边那个被锈掉的Food Cache没?这是部署在森林里的存应急物资的保管箱。功能是把你需要用的东西放在更容易拿到的地方。虽然常用准确翻译叫 缓存,但个人以为意思表达的不对,丢了一半的功能。台湾的翻译更好,叫 快取

    相信看完这些应该不用我说区别了?

    哎呀还是卖弄一下吧。

    简单说,Buffer的核心作用是用来缓冲,缓和冲击。比如你每秒要写100次硬盘,对系统冲击很大,浪费了大量时间在忙着处理开始写和结束写这两件事嘛。用个buffer暂存起来,变成每10秒写一次硬盘,对系统的冲击就很小,写入效率高了,日子过得爽了。极大缓和了冲击。

    Cache的核心作用是加快取用的速度。比如你一个很复杂的计算做完了,下次还要用结果,就把结果放手边一个好拿的地方存着,下次不用再算了。加快了数据取用的速度。

    所以,如果你注意关心过存储系统的话,你会发现硬盘的读写缓冲/缓存名称是不一样的,叫write-buffer和read-cache。很明显地说出了两者的区别。

    当然很多时候宏观上说两者可能是混用的。比如实际上memcached很多人就是拿来读写都用的。不少时候Non-SQL数据库也是。严格来说,CPU里的L2和L3 Cache也都是读写兼用——因为你没法简单地定义CPU用它们的方法是读还是写。硬盘里也是个典型例子,buffer和cache都在一块空间上,到底是buffer还是cache?

    不过仔细想一下,你说拿cache做buffer用行不行?当然行,只要能控制cache淘汰逻辑就没有任何问题。那么拿buffer做cache用呢?貌似在很特殊的情况下,能确定访问顺序的时候,也是可以的。简单想一下就明白——buffer根据定义,需要随机存储吗?一般是不需要的。但cache一定要。所以大多数时候用cache代替buffer可以,反之就比较局限。这也是技术上说cache和buffer的关键区别。

    ——————
    补充1:不要误解Buffer就是用来写的,Cache就是用来读的。读可以用Buffer吗?当然可以,比如你想一批一批地处理读取而非有啥处理啥的时候,就可以用读buffer。写当然也可以用cache,比如你的写入有很高的随机性的时候。具体什么场景用Buffer什么场景用Cache要根据场景的具体需要决定。

    补充2:不要误解Cache或Buffer就一定是内存或者存在什么高速媒介上的东西。只要相对高速即可。我完全可以在硬盘上存Cache,比如有些游戏会在运行时建立预编译的shader(暴露年龄),这本质上就是一种cache,它存在速度缓慢的硬盘上,因为读硬盘依旧比重新编译要快。Buffer也同理,例如NTFS文件系统自己就有Logging Buffer,这个甚至明确拒绝放在任何易失缓存里。
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