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基本简介

  Cache的出现是基于两种因素:首先,是由于CPU的速度和性能提高很快而主存速度较低且价格高,第二就是程序执行的局部性特点。因此,才将速度比较快而容量有限的SRAM构成Cache,目的在于尽可能发挥CPU的高速度。很显然,要尽可能发挥CPU的高速度就必须
CACHE
用硬件实现其全部功能。

  Cache与主存之间可采取多种地址映射方式,直接映射方式是其中的一种。在这种映射方式下,主存中的每一页只能复制到某一固定的Cache页中。由于Cache块(页)的大小为16B,而Cache容量为16KB。因此,此Cache可分为1024页。可以看到,Cache的页内地址只需4位即可表示;而Cache的页号需用10位二进制数来表示;在映射时,是将主存地址直接复制,现主存地址为1234E8F8(十六进制),则最低4位为Cache的页内地址,即1000,中间10位为Cache的页号,即1010001111。Cache的容量为16KB决定用这14位编码即可表示。题中所需求的Cache的地址为10100011111000。

  Cache中的内容随命中率的降低需要经常替换新的内容。替换算法有多种,例如,先入后出(FILO)算法、随机替换(RAND)算法、先入先出(FIFO)算法、近期最少使用(LRU)算法等。这些替换算法各有优缺点,就以命中率而言,近期最少使用(LRU)算法的命中率最高。

  浏览器缓存

  缓存用于存储一些临时的文件。在浏览网页的过程中,网页会自动存储在用户的硬盘上。下次再浏览相同的网站的时候,系统会自动从硬盘中调出该网页,既节省了时间也减少了网络的交换。用户可以自行设定缓存方便其上网的需要。电脑中还存在高速缓冲存储器和硬盘缓存。缓存的种类:本地服务器缓存、网页缓存、硬盘缓存、一级高速缓存、二级高速缓存。

简单理解

  cache是一个高速小容量的临时存储器,可以用高速的静态存储器芯片实现,或者集成到CPU芯片内部,存储CPU最经常访问的指令或者操作数据。

  cache的基本原理

  CPU与cache之间的数据交换是以字为单位,而cache与主存之间的数据交换是以块为单位。一个块由若干定长字组成的。当CPU读取主存中一个字时,便发出此字的内存地址到cache和主存。此时cache控制逻辑依据地址判断此字当前是否在cache中:若是,此字立即传送给CPU;若非,则用主存读周期把此字从主存读出送到CPU,与此同时,把含有这个字的整个数据块从主存读出送到cache中。由始终管理cache使用情况的硬件逻辑电路来实现LRU替换算法

地址镜像与变换

  由于主存容量远大于高速缓存的容量,因此两者之间就必须按一定的规则对应起来。高速缓存的地址镜像就是指按什么规则把主存块装入高速缓存中。地址变换是指当按某种镜像方式把主存块装入高速缓存后,每次访问高速缓存时,如何把主存的物理地址或虚拟地址变换成高速缓存的地址,从而访问高速缓存中的数据。

  镜像和变换的方式有四种:直接镜像、全相连镜像、组相连镜像、区段相连镜像。

[1][2]Buffer和Cache的区别

  buffer与cache操作的对象就不一样。

  buffer(缓冲)是为了提高内存和硬盘(或其他I/0设备)之间的数据交换的速度而设计的。

  cache(缓存)是为了提高cpu和内存之间的数据交换速度而设计,也就是平常见到的一级缓存、二级缓存三级缓存等。

  cpu在执行程序所用的指令和读数据都是针对内存的,也就是从内存中取得的。由于内存读写速度慢,为了提高cpu和内存之间数据交换的速度,在cpu和内存之间增加了cache,它的速度比内存快,但是造价高,又由于在cpu内不能集成太多集成电路,所以一般cache比较小,以后intel等公司为了进一步提高速度,又增加了二级cache,甚至三级cache,它是根据程序的局部性原理而设计的,就是cpu执行的指令和访问的数据往往在集中的某一块,所以把这块内容放入cache后,cpu就不用在访问内存了,这就提高了访问速度。当然若cache中没有cpu所需要的内容,还是要访问内存的。

  缓冲(buffers)是根据磁盘的读写设计的,把分散的写操作集中进行,减少磁盘碎片和硬盘的反复寻道,从而提高系统性能。linux有一个守护进程定期清空缓冲内容(即写入磁盘),也可以通过sync命令手动清空缓冲。举个例子吧:我这里有一个ext2的U盘,我往里面copy一个3M的MP3,但U盘的灯没有跳动,过了一会儿(或者手动输入sync)U盘的灯就跳动起来了。卸载设备时会清空缓冲,所以有些时候卸载一个设备时要等上几秒钟。

  修改/etc/sysctl.conf中的vm.swappiness右边的数字可以在下次开机时调节swap使用策略。该数字范围是0~100,数字越大越倾向于使用swap。默认为60,可以改一下试试。--两者都是RAM中的数据。

  简单来说,buffer是即将要被写入磁盘的,而cache是被从磁盘中读出来的。

  buffer是由各种进程分配的,被用在如输入队列等方面。一个简单的例子如某个进程要求有多个字段读入,在所有字段被读入完整之前,进程把先前读入的字段放在buffer中保存。

  cache经常被用在磁盘的I/O请求上,如果有多个进程都要访问某个文件,于是该文件便被做成cache以方便下次被访问,这样可提高系统性能。

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