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緩存著色技術(shù)(Cache Coloring)

系統(tǒng) 2359 0

現(xiàn)代的cache設(shè)計大都采用set-association方式,即提高利用率又節(jié)省硬件。color只能提高這種cache的使用率。如果采用full-association則color沒有用處。而direct-mapped cache是set-association cache的一種特殊情況而已。

簡單說來,整個內(nèi)存被分為n個cache page,每個cache page包含數(shù)量固定的cache line。
整個cache被分為m個cache way,每個cache way有相同數(shù)量的cache line。
內(nèi)存中的數(shù)據(jù)依據(jù)自己在內(nèi)存中的cache line索引[getCacheLineIndex(addr)]只能被放入某一個cache way中相對應(yīng)的cache line里面。假設(shè)已經(jīng)從地址中提取出cache line的索引i,那么硬件會同時訪問所有cache way的第i塊cache line,找出一個擁有空閑行i的cache way,隨后數(shù)據(jù)就可以放到這個空閑行中。如果m個cache way中都沒有找到空閑的地i行,則啟動淘汰策略,淘出一個空行~

比如一個cache有4個cache way(4路cache),每個cache way有16個cache line。某個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)存地址的cache line索引為2,則它只能被放入的某個cache way ( one of the 4 cache ways ) 的第2個cache line中。假使所有的cache way的第二個cache line都被使用,則必須換出某一個。

因此如果多個數(shù)據(jù)地址的cache line相同,即使cache中還有很大的空間,還是競爭激烈。

總結(jié):
(1)多路cache(組相連cache),路間可選,路內(nèi)固定
(2)對于M路N行Cache,當cache line索引為I(0<=I<N)的地址數(shù)超過M時,必然發(fā)生沖突,小于M時必然沒有沖突
(3)Cache大小一定時,路數(shù)越多,發(fā)生沖突的概率越小,但電路也越復(fù)雜


為了避免Cache替換,不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地址對應(yīng)的cache line索引最好不要相同,否則沖突的概率增大。

【more】
而使用slab的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都是分配和釋放頻繁的小的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),而且數(shù)目很多,比如dentry,如果沒有color,他們在內(nèi)存中相對于頁的偏移量很可能相同,則其cache line索引也相同,對于x86這種2way 的cache結(jié)構(gòu),即使cache size很大,也一樣使用率低下。color則將不同slab中的同樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的地址進行一個偏移,因此這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的cache line索引就錯開了。從而能更好的利用cache


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