存儲設備緩存
《深入理解計算機系統》p422
6.1 存儲器層次結構中的緩存
一般而言,高速緩存( cache ,讀作「 cash 」)是一個小而快速的存儲設備,它作為存儲在更大、也更慢的設備中的數據對象的緩沖區域。使用高速緩存的過程稱為緩存( caching ,讀作「 cashing 」)。存儲器層次結構的中心思想是,對於每個 k ,位於 k 層的更快更小的存儲設備作為位於 k 十1層的更大更慢的存儲設備的緩存。換句話說,層次結構中的每一層都緩存來自較低一層的數據對象。例如,本地磁碟作為通過網路從遠程磁碟取出的文件(例如 Web 頁面)的緩存,主存作為本地磁碟上數據的緩存,依此類推,直到最小的緩存—— CPU 寄存器組。圖6-22展示了存儲器層次結構中緩存的一般性概念。第 k 十1層的存儲器被劃分成連續的數據對象組塊( chunk ),稱為塊( block )。每個塊都有一個唯一的地址或名字,使之區別於其他的塊。塊可以是固定大小的(通常是這樣的),也可以是可變大小的(例如存儲在 Web 伺服器上的遠程 HTML 文件)。例如,圖6-22中第 k 十1層存儲器被劃分成16個大小固定的塊,編號為0~15。
類似地,第 k 層的存儲器被劃分成較少的塊的集合,每個塊的大小與 k 十1層的塊的大小一樣。在任何時刻,第 k 層的緩存包含第 k 十1層塊的一個子集的副本。例如,在圖6-22中,第 k 層的緩存有4個塊的空間,當前包含塊4、9、14和3的副本。
數據總是以塊大小為傳送單元( transfer unit )在第 k 層和第 k +1層之間來回復制的。雖然在層次結構中任何一對相鄰的層次之間塊大小是固定的,但是其他的層次對之間可以有不同的塊大小。例如,在圖6-21中,L1和 LO 之間的傳送通常使用的是1個字大小的塊。L2和L1之間(以及I3和I2之間、L4和I3之間)的傳送通常使用的是幾十個位元組的
塊。而L5和L4之間的傳送用的是大小為幾百或幾千位元組的塊。一般而言,層次結構中較低層(離 CPU 較遠)的設備的訪問時間較長,因此為了補償這些較長的訪問時間,傾向於使用較大的塊。
1. 緩存命中
當程序需要第 k 十1層的某個數據對象 d 時,它首先在當前存儲在第 k 層的一個塊中查找 d 。如果 d 剛好緩存在第 k 層中,那麼就是我們所說的緩存命中( cache hit )。該程序直接從第 k 層讀取 d ,根據存儲器層次結構的性質,這要比從第 k +1層讀取 d 更快。例如,一個有良好時間局部性的程序可以從塊14中讀出一個數據對象,得到一個對第 k 層的緩存命中。
2. 緩存不命中
另一方面,如果第 k 層中沒有緩存數據對象 d ,那麼就是我們所說的緩存不命中( cache miss )。當發生緩存不命中時,第 k 層的緩存從第 k 十1層緩存中取出包含 d 的那個塊,如果第 k 層的緩存已經滿了,可能就會覆蓋現存的一個塊。
覆蓋一個現存的塊的過程稱為替換( replacing )或驅逐( evicting )這個塊。被驅逐的這個塊有時也稱為犧牲塊( victim block )。決定該替換哪個塊是由緩存的替換策略( replace — ment policy )來控制的。例如,一個具有隨機替換策略的緩存會隨機選擇一個犧牲塊。一個具有最近最少被使用 LRU )替換策略的緩存會選擇那個最後被訪問的時間距現在最遠的塊。
在第 k 層緩存從第 k 十1層取出那個塊之後,程序就能像前面一樣從第 k 層讀出 d 了。例如,在圖6-22中,在第 k 層中讀塊12中的一個數據對象,會導致一個緩存不命中,因為塊12當前不在第 k 層緩存中。一旦把塊12從第 k 十1層復制到第 k 層之後,它就會保持在那裡,等待稍後的訪問。
3. 緩存不命中的種類
區分不同種類的緩存不命中有時候是很有幫助的。如果第 k 層的緩存是空的,那麼對
任何數據對象的訪問都會不命中。一個空的緩存有時被稱為冷緩存( cold cache ),此類不命中稱為強制性不命中( compulsory miss )或冷不命中( cold miss )。冷不命中很重要,因為它們通常是短暫的事件,不會在反復訪問存儲器使得緩存暖身( warmed up )之後的穩定狀態中出現。
只要發生了不命中,第 k 層的緩存就必須執行某個放置策略( placement policy ),確定把它從第 k 十1層中取出的塊放在哪裡。最靈活的替換策略是允許來自第 k +1層的任何塊放在第 k 層的任何塊中。對於存儲器層次結構中高層的緩存(靠近 CPU ),它們是用硬體來實現的,而且速度是最優的,這個策略實現起來通常很昂貴,因為隨機地放置塊,定位起來代價很高。
因此,硬體緩存通常使用的是更嚴格的放置策略,這個策略將第 k 十1層的某個塊限制放置在第 k 層塊的一個小的子集中(有時只是一個塊)。例如,在圖6-22中,我們可以確定第 k 十1層的塊 i 必須放置在第 k 層的塊( i mod 4)中。例如,第 k 十1層的塊0、4、8和12會映射到第 k 層的塊0;塊1、5、9和13會映射到塊1;依此類推。注意,圖6-22中的示例緩存使用的就是這個策略。
這種限制性的放置策略會引起一種不命中,稱為沖突不命中( conflict miss ),在這種情況中,緩存足夠大,能夠保存被引用的數據對象,但是因為這些對象會映射到同一個緩存塊,緩存會一直不命中。例如,在圖6-22中,如果程序請求塊0,然後塊8,然後塊0,然後塊8,依此類推,在第 k 層的緩存中,對這兩個塊的每次引用都會不命中,即使這個緩存總共可以容納4個塊。
程序通常是按照一系列階段(如循環)來運行的,每個階段訪問緩存塊的某個相對穩定不變的集合。例如,一個嵌套循環可能會反復地訪問同一個數組的元素。這個塊的集合稱為這個階段的工作集( working set )。當工作集的大小超過緩存的大小時,緩存會經歷容量不命中( capacity miss )。換句話說就是,緩存太小了,不能處理這個工作集。
4. 緩存管理
正如我們提到過的,存儲器層次結構的本質是,每一層存儲設備都是較低一層的緩存。在每一層上,某種形式的邏輯必須管理緩存。這里,我們的意思是指某個東西要將緩存劃分成塊,在不同的層之間傳送塊,判定是命中還是不命中,並處理它們。管理緩存的邏輯可以是硬體、軟體,或是兩者的結合。
例如,編譯器管理寄存器文件,緩存層次結構的最高層。它決定當發生不命中時何時發射載入,以及確定哪個寄存器來存放數據。L1、L2和L3層的緩存完全是由內置在緩存中的硬體邏輯來管理的。在一個有虛擬內存的系統中, DRAM 主存作為存儲在磁碟上的數據塊的緩存,是由操作系統軟體和 CPU 上的地址翻譯硬體共同管理的。對於一個具有像 AFS 這樣的分布式文件系統的機器來說,本地磁碟作為緩存,它是由運行在本地機器上的 AFS 客戶端進程管理的。在大多數時候,緩存都是自動運行的,不需要程序採取特殊的或顯式的行動。
6.3.2 存儲器層次結構概念小結
概括來說,基於緩存的存儲器層次結構行之有效,是因為較慢的存儲設備比較快的存儲設備更便宜,還因為程序傾向於展示局部性:
1）利用時間局部性: 由於時間局部性,同一數據對象可能會被多次使用。一旦一個數據對象在第一次不命中時被復制到緩存中,我們就會期望後面對該目標有一系列的訪問命中。因為緩存比低一層的存儲設備更快,對後面的命中的服務會比最開始的不命中快很多。
2）利用空間局部性: 塊通常包含有多個數據對象。由於空間局部性,我們會期望後面對該塊中其他對象的訪問能夠補償不命中後復制該塊的花費。現代系統中到處都使用了緩存。正如從圖6-23中能夠看到的那樣, CPU 晶元、操作系統、分布式文件系統中和萬維網上都使用了緩存。各種各樣硬體和軟體的組合構成和管理著緩存。注意,圖6-23中有大量我們還未涉及的術語和縮寫。在此我們包括這些術語和縮寫是為了說明緩存是多麼的普遍。
Ⅱ 電子計算機中的CMOS存儲器和高速緩存有什麼作用
題主，CMOS只是個技術名稱，它是指製造大規模集成電路晶元用的一種技術或用這種技術製造出來的晶元，是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM晶元。因為可讀寫的特性，所以在電腦主板上用來保存BIOS設置完電腦硬體參數後的數據，這個晶元僅僅是用來存放數據的。
高速緩沖存儲器（Cache）其原始意義是指存取速度比一般隨機存取記憶體（RAM）來得快的一種RAM，一般而言它不像系統主記憶體那樣使用DRAM技術，而使用昂貴但較快速的SRAM技術，也有快取記憶體的名稱。
Ⅲ mbuf ： 存儲器緩存
mbuf的主要用途就是保存在進程和網路介面之間相互傳遞的用戶數據，以及源與目標地址，插口選項等等。根據在成員m_flags中填寫不同標志，有4種不同的mbuf：
4 最後一類mbuf包含一個分組首部，並包含超過208位元組的數據。同時設置了標志M_PKTHDR和M_EXT。
另外有幾點：
可通過netstat -m檢測。（內核在一個全局變數中保持對某些統計信息的跟蹤，當內核在運行時，一個進程對這些信息進行檢查）
m_flags的獨立的值：
當接收到一個乙太網幀時，設備驅動程序調用m_devget來創建一個mbuf鏈表，並把所接收到的幀復制到這個鏈表中。根據所接收到的幀的長度不同，導致以下4種不同的mbuf鏈表。
m_pullup函數有兩個目的：
只有頭指針的mbuf鏈表
有頭尾指針的鏈表
使用簇的好處在於：
Ⅳ 高速緩沖存儲器的主要作用是什麼，它與主內存有什麼關系
高速緩存儲器分布在CPU、硬碟、光碟機等配件上。
存儲器的高速緩沖存儲器存儲了頻繁訪問的主內存位置的內容及這些數據項的存儲地址。當處理器引用主內存中的某地址時，高速緩沖存儲器便檢查是否存有該地址。
如果存有該地址，則將數據返回處理器；如果沒有保存該地址，則進行常規的存儲器訪問。因為高速緩沖存儲器總是比主內存速度快，所以當主內存的訪問速度低於微處理器的速度時，常使用高速緩沖存儲器。
(4)存儲設備緩存擴展閱讀：
高速緩沖存儲器是存在於主存與CPU之間的一級存儲器， 由靜態存儲晶元(SRAM)組成，容量比較小但速度比主存高得多， 接近於CPU的速度。在計算機存儲系統的層次結構中，是介於中央處理器和主存儲器之間的高速小容量存儲器。它和主存儲器一起構成一級的存儲器。高速緩沖存儲器和主存儲器之間信息的調度和傳送是由硬體自動進行的。
Ⅳ 誰給我解釋下內部存儲，系統存儲，系統緩存，內
1、內部存儲：內置在設備內的存儲器，區別於外置存儲，外置存儲是在外部通過數據線、卡槽、網線等其他方式連接至設備的存儲器。內部存儲是硬體，是實體存儲設備。
2、系統存儲：用於存放系統文件的存儲空間。只得是實體存儲設備內存放系統的那部分空間。
3、系統緩存：用於存放系統運行時需要使用或產生的臨時文件的存放空間，為了提高系統調取文件的速度，每次都會將該文件相鄰的文件的一塊調取到系統緩存，以便系統下次調取到該相鄰文件時可以加快調取速度。這個存放相鄰調取文件的地方叫做緩存。顧名思義，臨時文件在該處做個緩沖存儲。存放緩存的存儲器是實體存儲器，是硬體，但是緩存本身是一個空間概念，只是個大小。
4、內存，由於普通存儲器的存取速度不足以滿足CPU的處理速度，我們需要一個速度非常高的存儲設備來連接CPU和普通存儲器。緩存是一種方式，但是還不夠，所以需要在中間在放置個內存。它的空間比緩存大，比外部存儲器小，速度比緩存慢但是比外部存儲器快。是實體存儲器，是硬體。
Ⅵ 主存儲器 與 緩存 有什麼關系
一般來說緩存在CPU裡面,常聽說的就是一有緩存,二級緩存,
像比較新的酷睿四核的二級緩存可中8M
還有現在的硬碟也帶緩存,高端的是16M的緩存,一般是2M或8M
主存主是平常說的內存,不包含緩存,它本事就是一個高速存儲器.
速度:CPU緩存>內存>硬碟緩存>硬碟
Ⅶ 緩存屬不屬於本地存儲器
緩存是指臨時文件交換區，電腦把最常用的文件從存儲器里提出來臨時放在緩存里，就像把工具和材料搬上工作台一樣，這樣會比用時現去倉庫取更方便。因為緩存往往使用的是RAM(斷電即掉的非永久儲存)，所以在忙完後還是會把文件送到硬碟等存儲器里永久存儲。
緩存屬於本地存儲器。