story · 8月16日

组相联cache的替换策略

在直接映射cache中,当发生miss时,新请求的数据块只能映射到一条特定的cacheline。 在这种情况下,此cacheline的内容将替换为新的内存数据块。 

在N路组相联cache中,一组中的N个cacheline可以继续容纳新请求的内存块。 如果组中的所有cacheline都已满,我们将面临替换哪个cacheline的问题。 换句话说,一组中的所有cacheline都可能被替换掉,我们必须选择最合适的行。 

当一个公司的坑位满了,公司还需要招聘新的人才,这个时候同样也需要"替换策略",也许替换掉效率低的,也许是随机的。

组相联cache常常使用最近最少(LRU)算法来确定当将新数据块带入组时,组中的哪条cacheline要被替换。 LRU算法确保替换最长时间未访问的cacheline。 LRU算法背后的关键思想是evict替换最长时间未访问的cacheline,假设在不久的将来不太可能需要最近较少使用的数据。

 LRU算法确保cache一直填充着与工作负载最相关的数据,有可能减少cache miss并提高整体cache性能。

换位思考下,作为一个员工尽可能避免去到业务边缘,因为那样你就是"最近最少使用"了。

LRU算法维护每个cache 组最近访问的历史记录。 cache控制器根据访问cacheline更新LRU信息。

 最初,一组中的所有cacheline都被认为是最近使用的。 当访问组中的cacheline(用于读取或写入)时,它被标记为最近使用。 组中的其他cacheline也进行调整,以反映其相对的访问时间。 当需要将新数据块带入已满的组时,cache控制器会选择标记为“最近使用最少”的cacheline进行驱逐evict。 然而,实现LRU算法可能相对复杂,需要额外的硬件来跟踪访问历史记录

作者:数字芯片
来源:数字芯片实验室

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