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Wie man

Wann wird der Cache einer CPU in den Hauptspeicher zurückgespült?

Wann wird der Cache einer CPU in den Hauptspeicher zurückgespült?

Wenn Sie gerade erst anfangen zu lernen, wie Multi-Core-CPUs, Caching, Cache-Kohärenz und Speicher funktionieren, kann dies zunächst etwas verwirrend erscheinen. In diesem Sinne enthält der heutige SuperUser-Q & A-Beitrag Antworten auf die Frage eines neugierigen Lesers.

Die Frage

SuperUser-Reader CarmeloS möchte wissen, wann der Cache einer CPU in den Hauptspeicher zurückgespült wird:

Wenn ich eine CPU mit zwei Kernen habe und jeder Kern seinen eigenen L1-Cache hat, ist es möglich, dass Core1 und Core2 denselben Teil des Speichers gleichzeitig zwischenspeichern? Wenn es möglich ist, wie hoch ist der Wert des Hauptspeichers, wenn sowohl Core1 als auch Core2 ihre Werte im Cache bearbeitet haben?

Wann wird der Cache einer CPU in den Hauptspeicher zurückgespült?

Die Antwort

Die SuperUser-Mitarbeiter David Schwartz, sleske und Kimberly W haben die Antwort für uns. Zuerst David Schwartz:

Wenn ich eine CPU mit zwei Kernen habe und jeder Kern seinen eigenen L1-Cache hat, ist es möglich, dass Core1 und Core2 denselben Teil des Speichers gleichzeitig zwischenspeichern?

Ja, die Leistung wäre schrecklich, wenn dies nicht der Fall wäre. Stellen Sie sich zwei Threads vor, die denselben Code ausführen. Sie möchten diesen Code in beiden L1-Caches.

Wenn es möglich ist, wie hoch ist der Wert des Hauptspeichers, wenn sowohl Core1 als auch Core2 ihre Werte im Cache bearbeitet haben?

Der alte Wert befindet sich im Hauptspeicher, was keine Rolle spielt, da keiner der Kerne ihn liest. Bevor ein geänderter Wert aus dem Cache ausgeworfen wird, muss er in den Speicher geschrieben werden. Typischerweise eine Variante der MESI-Protokoll wird eingesetzt. Wenn in der herkömmlichen Implementierung von MESI ein Wert in einem Cache geändert wird, kann er in keinem anderen Cache auf derselben Ebene vorhanden sein.

Gefolgt von der Antwort von sleske:

Ja, wenn zwei Caches denselben Speicherbereich zwischenspeichern, kann dies passieren und ist tatsächlich ein Problem, das in der Praxis häufig auftritt. Es gibt verschiedene Lösungen, zum Beispiel:

  • Die beiden Caches können miteinander kommunizieren, um sicherzustellen, dass sie nicht nicht übereinstimmen
  • Sie können eine Art Supervisor haben, der alle Caches überwacht und entsprechend aktualisiert
  • Jeder Prozessor überwacht die zwischengespeicherten Speicherbereiche, und wenn er einen Schreibvorgang erkennt, wirft er seinen (jetzt ungültigen) Cache aus

Das Problem heißt Cache-Kohärenz und Wikipedia-Artikel zum Thema hat einen schönen Überblick über das Problem und mögliche Lösungen.

Und unsere letzte Antwort von Kimberly W:

Um die Frage im Titel Ihres Beitrags zu beantworten, hängt es vom Caching-Protokoll ab. Wenn es sich um ein Zurückschreiben handelt, wird der Cache nur dann in den Hauptspeicher zurückgespült, wenn der Cache-Controller keine andere Wahl hat, als einen neuen Cache-Block in den bereits belegten Speicherplatz zu legen. Der Block, der zuvor den Speicherplatz belegt hat, wird entfernt und sein Wert wird in den Hauptspeicher zurückgeschrieben.

Das andere Protokoll ist Durchschreiben. In diesem Fall wird der entsprechende Block auf Ebene jedes Mal aktualisiert, wenn der Cache-Block auf Ebene geschrieben wird. Das Konzept ähnelt dem Ausfüllen eines Formulars mit Kohlepapier darunter. Was auch immer Sie oben schreiben, wird auf das Blatt unten kopiert. Dies ist langsamer, da offensichtlich mehr Schreibvorgänge erforderlich sind, die Werte zwischen den Caches jedoch konsistenter sind. Im Rückschreibeschema hätte nur der Cache der höchsten Ebene den aktuellsten Wert für einen bestimmten Speicherblock.

Haben Sie der Erklärung etwas hinzuzufügen? Ton aus in den Kommentaren. Möchten Sie weitere Antworten von anderen technisch versierten Stack Exchange-Benutzern lesen? Den vollständigen Diskussionsthread finden Sie hier.

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