缓存回写指令

① 指令缓存的CPU的L1指令缓存和L1高速缓存的关系

L1高速缓存，也就是我们经常说的一级高速缓存。在CPU里面内置了高速缓存可以提高CPU的运行效率。内置的L1高速缓存的容量和结构对CPU的性能影响较大，不过高速缓冲存储器均由静态RAM组成，结构较复杂，在CPU管芯面积不能太大的情况下，L1级高速缓存的容量不可能做得太大。采用回写(Write Back)结构的高速缓存。它对读和写*作均有可提供缓存。而采用写通(Write-through)结构的高速缓存，仅对读*作有效。在486以上的计算机中基本采用了回写式高速缓存。在流行的处理器中，奔腾Ⅲ和Celeron处理器拥有32KB的L1高速缓存，奔腾4为8KB，而AMD的Duron和Athlon处理器的L1高速缓存高达128KB。
L2高速缓存，指CPU第二层的高速缓存，第一个采用L2高速缓存的是奔腾 Pro处理器，它的L2高速缓存和CPU运行在相同频率下的，但成本昂贵，市场生命很短，所以其后奔腾 II的L2高速缓存运行在相当于CPU频率一半下的。接下来的Celeron处理器又使用了和CPU同速运行的L2高速缓存，现在流行的CPU,无论是AthlonXP和奔腾4，其L2高速缓存都是和CPU同速运行的。除了速度以外，L2高速缓存容量也会影响CPU的性能，原则是越大越好，现在家庭用CPU容量最大的是512KB，而服务器和工作站上用CPU的L2高速缓存更高达1MB-3MB。
cpuL1缓存首先是CPU的内部结构决定，CPU是由硅晶原片切割而成的，一块晶原片切割的CPU块有限，所以一个CPU的结构要非常合理地搭配L1，L2缓存大小，P4640比P4630高频，所以内部结构有所不同。而L1缓存的作用是数据交换的“超高速”通道，所以其大小不是重点，内部参数才是关键，只要参数（CL值，延迟等）够快，完全可以弥补大小的差距，像P-M 1。7G的CPU由于L1缓存的参数够高，虽然容量有不足，但在性能测试上L1缓存的速度比P4 630快的多。所以不必刻意要求L1缓存大小。（另外，CPU的缓存速度比一般内存快的多，大概快几十倍）
高速缓存英文是cache。一种特殊的存储器子系统，其中复制了频繁使用的数据，以利于CPU快速访问。存储器的高速缓冲存储器存储了频繁访问的 RAM 位置的内容及这些数据项的存储地址。当处理器引用存储器中的某地址时，高速缓冲存储器便检查是否存有该地址。如果存有该地址，则将数据返回处理器；如果没有保存该地址，则进行常规的存储器访问。因为高速缓冲存储器总是比主RAM存储器速度快，所以当 RAM 的访问速度低于微处理器的速度时，常使用高速缓冲存储器。

② 阵列卡缓存模式- 从透写（Write Through）改成 回写（Write Back），会不会导致硬盘丢失数据

不会的，这只是改了写缓存的模式，不会破坏硬盘数据

③ 系统重启或关闭前,回写缓存区是什么意思呀

写入硬盘前，要先写到缓存，关机时需要将缓存写入硬盘，此即回写缓存区

④ 硬盘的缓存

想知道“写入缓存”选项是如何设置的吗?请打开“设备管理器”，展开“磁盘驱动器”，接着在下面任何一个驱动器图标上点击鼠标右键并选择“属性”，然后切换到“策略”标签。在这里你应该会看到两个选项：“为快速删除而优化”(所有的东西都直接写入硬盘驱动器)和“为提高性能而优化”(写入到缓存)。

第一个选项可以允许你快速的断开设备与电脑的连接，例如一个USB闪存，你不用点击任务栏里面的“安全删除硬件”图标就可以直接把这些设备和电脑断开。如果两个选项都处于灰色无法选择的状态，那么说明你的磁盘驱动器默认已经把“写入缓存”选项打开了。(欲查看更多关于延缓写入默认状态的信息，请查看微软的文章“Windows XP and Surprise Removal of Hardware” )

在Windows XP系统中有时候会弹出“写入缓存失败(Delayed write failed)”的提示，告诉你延缓写入系统可能存在一些问题。虽然这并不是什么致命错误，不过也值得引起你足够的关注。

下面是一些常见的引起“写入缓存失败”的原因：

1.磁盘驱动器本身的原因。这种情况尤其发生SCSI或者RAID驱动器上。有一些RAID驱动器的驱动程序会在安装了SP2的XP操作系统中报告一个虚假消息告诉用户“写入缓存失败”。所以你应该为你的磁盘驱动器安装最新版本的驱动程序。

2.数据线的原因。一些错误或者损坏的数据线，特别是外部USB线和火线，会造成这种情况。如果你的数据线过长，或者数据线连接到的是一个质量不合格的USB HUB上，也会造成写入缓存失败。最后，还有可能是因为你有一个需要80针数据线的UDMA驱动器，但你却使用了一条40针脚的数据线。

3.SCSI终止错误。虽然这种情况在使用了self-terminating技术的SCSI设备上很少发生，但是我们还是必须把它考虑进来。

4.媒体错误。这是可能发生的最严重的情况，换句话说，也就是磁盘驱动器坏了。如果你能通过SMART(比如SMART & Simple )软件获取磁盘驱动器的统计信息，那么你可以通过这些信息来判断磁盘驱动器出现了机械(物理)故障。你还可以使用一个叫Gibson Research's SpinRite的工具来帮助你诊断媒体错误，只是这个软件在对磁盘驱动器进行完全检测的时候会耗费相当长的时间。

希捷Barracuda 1TB 32M SATA3

5.计算机的BIOS设定强制开启了驱动器控制器不支持的UDMA模式。虽然UDMA 模式能够增强磁盘的性能，但是如果驱动器控制器不支持的话将会导致一些错误发生。这种情况并不多见，主要是发生在新安装的硬件设备上(该硬件设备支持UDMA模式)，用户可以通过升级BIOS或者将BIOS中关于硬盘驱动器的选项恢复成默认的“自动检测”模式来解决这个问题。举个例子：如果设置成UDMA Mode6模式的设备出现了问题，那么你可以将它设置成Mode5模式。

6.驱动器控制器的问题。如果你的系统同时拥有长和短两种PCI插槽(64位和32位)，请尝试将USB控制器从长PCI插槽中拔出。一些比较老的PCI 卡并不支持这种类型的插槽。

7.内存的奇偶校验错误。这种情况通常发生在你新增了一条内存之后，造成这种错误的原因是很可能是你的新内存条和主板所支持的内存类型不符，或者是内存本身有问题。(内存有问题还会造成其他一些错误，例如随机死锁等)

8.注册表中的LargeSystemCache键值错误。这种情况很少见，通常发生在那些安装了ATI显示适配器，内存大于521MB的机器上。这些机器上的注册表中有一个叫做LargeSystemCache的键

(HKEY LOCAL ManagerMemory Management)，该键值用来管理系统分配给一些核心进程的内存容量，如果键值被设为1的话(这样设置可以增强内存大于512MB的机器的性能)，有可能会在一些系统中导致数据错误和产生写入缓存失败的错误。如果出现这种情况的话，请把该键值改为0。

⑤ 什么是缓存什么是磁盘的缓存

磁盘缓存分为读缓存和写缓存。

读缓存是指，操作系统为已读取的文件数据，在内存较空闲的情况下留在内存空间中（这个内存空间被称之为“内存池”），当下次软件或用户再次读取同一文件时就不必重新从磁盘上读取，从而提高速度。

写缓存实际上就是将要写入磁盘的数据先保存于系统为写缓存分配的内存空间中，当保存到内存池中的数据达到一个程度时，便将数据保存到硬盘中。这样可以减少实际的磁盘操作，有效的保护磁盘免于重复的读写操作而导致的损坏，也能减少写入所需的时间。

根据写入方式的不同，有写通式和回写式两种。写通式在读硬盘数据时，系统先检查请求指令，看看所要的数据是否在缓存中，如果在的话就由缓存送出响应的数据，这个过程称为命中。这样系统就不必访问硬盘中的数据，由于SDRAM的速度比磁介质快很多，因此也就加快了数据传输的速度。回写式就是在写入硬盘数据时也在缓存中找，如果找到就由缓存就数据写入盘中，现在的多数硬盘都是采用的回写式缓存，这样就大大提高了性能。

硬盘的缓冲区是硬盘与外部总线交换数据的场所。硬盘的读数据的过程是将磁信号转化为电信号后，通过缓冲区一次次地填充与清空，再填充，再清空，一步步按照PCI总线的周期送出，可见，缓冲区的作用是相当重要的。它的作用也是提高性能，但是它与缓存的不同之处在于：一、它是容量固定的硬件，而不像缓存是可以由操作系统在内存中动态分配的。二、它对性能的影响大大超过磁盘缓存对性能的影响，因为如果没有缓冲区，就会要求每传一个字（通常是4字节）就需要读一次磁盘或写一次磁盘。

【TIP，现在主流的硬盘，缓存都在8M和16M，部分已经达到32M】

⑥ 3、Cache的写直达法和回写法指什么二者各有何优缺点

写直达能直接写入主存，回写法在缓存中内容要被替换时才写入主存

⑦ cpu cache 什么时候回写

1. 简单点说ram的数据吞吐能力与cpu处理数据不能有效协同，所以为了解决这个需要各级高速缓存（cache）
2. 三者之间联系：
高速缓冲存储器（Cache）实际上是为了把由DRAM组成的大容量内存储器都看做是高速存储器而设置的小容量局部存储器，一般由高速SRAM构成。这种局部存储器是面向CPU的，引入它是为减小或消除CPU与内存之间的速度差异对系统性能带来的影响。Cache 通常保存着一份内存储器中部分内容的副本（拷贝），该内容副本是最近曾被CPU使用过的数据和程序代码。Cache的有效性是利用了程序对存储器的访问在时间上和空间上所具有的局部区域性，即对大多数程序来说，在某个时间片内会集中重复地访问某一个特定的区域。如PUSH/POP指令的操作都是在栈顶顺序执行，变量会重复使用，以及子程序会反复调用等，就是这种局部区域性的实际例证。因此，如果针对某个特定的时间片，用连接在局部总线上的Cache代替低速大容量的内存储器，作为CPU集中重复访问的区域，系统的性能就会明显提高。
系统开机或复位时，Cache 中无任何内容。当CPU送出一组地址去访问内存储器时，访问的存储器的内容才被同时“拷贝”到Cache中。此后，每当CPU访问存储器时，Cache 控制器要检查CPU送出的地址，判断CPU要访问的地址单元是否在Cache 中。若在，称为Cache 命中，CPU可用极快的速度对它进行读/写操作；若不在，则称为Cache未命中，这时就需要从内存中访问，并把与本次访问相邻近的存储区内容复制到Cache 中。未命中时对内存访问可能比访问无Cache 的内存要插入更多的等待周期，反而会降低系统的效率。而程序中的调用和跳转等指令，会造成非区域性操作，则会使命中率降低。因此，提高命中率是Cache 设计的主要目标。
释义：
1.RAM
随机存取存储器（random access memory，RAM）又称作“随机存储器”，是与CPU直接交换数据的内部存储器，也叫主存（内存）。它可以随时读写，而且速度很快，通常作为操作系统或其他正在运行中的程序的临时数据存储媒介。
存储单元的内容可按需随意取出或存入，且存取的速度与存储单元的位置无关的存储器。这种存储器在断电时将丢失其存储内容，故主要用于存储短时间使用的程序。 按照存储单元的工作原理，随机存储器又分为静态随机存储器（英文：Static RAM，SRAM）和动态随机存储器（英文Dynamic RAM，DRAM）。
2.Cache
高速缓冲存储器（Cache）其原始意义是指存取速度比一般随机存取记忆体（RAM）来得快的一种RAM，一般而言它不像系统主记忆体那样使用DRAM技术，而使用昂贵但较快速的SRAM技术，也有快取记忆体的名称。
高速缓冲存储器是存在于主存与CPU之间的一级存储器， 由静态存储芯片（SRAM）组成，容量比较小但速度比主存高得多， 接近于CPU的速度。在计算机存储系统的层次结构中，是介于中央处理器和主存储器之间的高速小容量存储器。它和主存储器一起构成一级的存储器。高速缓冲存储器和主存储器之间信息的调度和传送是由硬件自动进行的。
高速缓冲存储器最重要的技术指标是它的命中率。

⑧ 缓存一致性

在现代的 CPU（大多数）上，所有的内存访问都需要通过层层的缓存来进行。CPU 的读 / 写（以及取指令）单元正常情况下甚至都不能直接访问内存——这是物理结构决定的；CPU 都没有管脚直接连到内存。相反，CPU 和一级缓存（L1 Cache）通讯，而一级缓存才能和内存通讯。大约二十年前，一级缓存可以直接和内存传输数据。如今，更多级别的缓存加入到设计中，一级缓存已经不能直接和内存通讯了，它和二级缓存通讯——而二级缓存才能和内存通讯。或者还可能有三级缓存。

缓存是分“段”（line）的，一个段对应一块存储空间，大小是 32、64或128字节，每个缓存段知道自己对应什么范围的物理内存地址。

当 CPU 看到一条读内存的指令时，它会把内存地址传递给一级数据缓存。一级数据缓存会检查它是否有这个内存地址对应的缓存段。如果没有，它会把整个缓存段从内存（或者从更高一级的缓存，如果有的话）中加载进来。是的，一次加载整个缓存段，这是基于这样一个假设：内存访问倾向于本地化（localized），如果我们当前需要某个地址的数据，那么很可能我们马上要访问它的邻近地址。一旦缓存段被加载到缓存中，读指令就可以正常进行读取。

如果我们只处理读操作，那么事情会很简单，因为所有级别的缓存都遵守以下规律—— 在任意时刻，任意级别缓存中的缓存段的内容，等同于它对应的内存中的内容。 。

一旦我们允许写操作，事情就变得复杂一点了。这里有两种基本的写模式：直写（write-through）和回写（write-back）。直写更简单一点：我们透过本级缓存，直接把数据写到下一级缓存（或直接到内存）中，如果对应的段被缓存了，我们同时更新缓存中的内容（甚至直接丢弃），就这么简单。这也遵守前面的定律： 缓存中的段永远和它对应的内存内容匹配。

回写模式就有点复杂了。缓存不会立即把写操作传递到下一级，而是仅修改本级缓存中的数据，并且把对应的缓存段标记为“脏”段。脏段会触发回写，也就是把里面的内容写到对应的内存或下一级缓存中。回写后，脏段又变“干净”了。当一个脏段被丢弃的时候，总是先要进行一次回写。回写所遵循的规律有点不同。 当所有的脏段被回写后，任意级别缓存中的缓存段的内容，等同于它对应的内存中的内容。

换句话说，回写模式的定律中，我们去掉了“在任意时刻”这个修饰语，代之以弱化一点的条件：要么缓存段的内容和内存一致（如果缓存段是干净的话），要么缓存段中的内容最终要回写到内存中（对于脏缓存段来说）。

只要系统只有一个 CPU 核在工作，一切都没问题。如果有多个核，每个核又都有自己的缓存，那么我们就遇到问题了，因为如果一个 CPU 缓存了某块内存，那么在其他 CPU 修改这块内存的时候，我们希望得到通知。系统的内存在各个 CPU 之间无法做到与生俱来的同步，我们需要一个大家都能遵守的方法来达到同步的目的。

缓存一致性协议有多种，但是日常处理的大多数计算机设备使用的都属于“窥探（snooping）”协议。

窥探”背后的基本思想是，所有内存传输都发生在一条共享的总线上，而所有的处理器都能看到这条总线：缓存本身是独立的，但是内存是共享资源，所有的内存访问都要经过仲裁（arbitrate）：同一个指令周期中，只有一个缓存可以读写内存。窥探协议的思想是，缓存不仅仅在做内存传输的时候才和总线打交道，而是不停地在窥探总线上发生的数据交换，跟踪其他缓存在做什么。所以当一个缓存代表它所属的处理器去读写内存时，其他处理器都会得到通知，它们以此来使自己的缓存保持同步。只要某个处理器一写内存，其他处理器马上就知道这块内存在它们自己的缓存中对应的段已经失效。

在直写模式下，这是很直接的，因为写操作一旦发生，它的效果马上会被“公布”出去。但是如果混着回写模式，就有问题了。因为有可能在写指令执行过后很久，数据才会被真正回写到物理内存中——在这段时间内，其他处理器的缓存也可能会傻乎乎地去写同一块内存地址，导致冲突。在回写模型中，简单把内存写操作的信息广播给其他处理器是不够的，我们需要做的是，在修改本地缓存之前，就要告知其他处理器。

MESI 是四种缓存段状态的首字母缩写，任何多核系统中的缓存段都处于这四种状态之一。

从CPU读写角度来说：

上图的切换解释：

缓存的一致性消息传递是要时间的，这就使其切换时会产生延迟。当一个缓存被切换状态时其他缓存收到消息完成各自的切换并且发出回应消息这么一长串的时间中CPU都会等待所有缓存响应完成。可能出现的阻塞都会导致各种各样的性能问题和稳定性问题。

比如你需要修改本地缓存中的一条信息，那么你必须将I（无效）状态通知到其他拥有该缓存数据的CPU缓存中，并且等待确认。等待确认的过程会阻塞处理器，这会降低处理器的性能。因为这个等待远远比一个指令的执行时间长的多。

为了避免这种CPU运算能力的浪费，Store Bufferes被引入使用。处理器把它想要写入到主存的值写到缓存，然后继续去处理其他事情。当所有失效确认（Invalidate Acknowledge）都接收到时，数据才会最终被提交。

执行失效也不是一个简单的操作，它需要处理器去处理。另外，存储缓存（Store Buffers）并不是无穷大的，所以处理器有时需要等待失效确认的返回。这两个操作都会使得性能大幅降低。为了应付这种情况，引入了失效队列——对于所有的收到的Invalidate请求，Invalidate Acknowlege消息必须立刻发送，Invalidate并不真正执行，而是被放在一个特殊的队列中，在方便的时候才会去执行，处理器不会发送任何消息给所处理的缓存条目，直到它处理Invalidate。