cache的若干问题

   前面发现自己对cache的概念模糊了，又拿起《计算机组成与设计：软硬件接口》这本经典之作温习了一下。
   cache的存在是为了解决CPU处理速度比memory范围速度快得多的问题。如果没有CPU与memory速度上的差异，cache不需要存在。
   采用cache技术，需要关注一下几个问题：1.如何知道数据在cache中 2.如何定位一个数据 3.如何处理cache和memory数据一致性的问题。如何知道数据是否在cache中与如何定位数据往往息息相关。一般是定位好数据之后通过一个valid bit来确定是否这个数据是否有效。

   简单的cache，查询数据过程为：通过对地址取模定位到cache的一行，然后通过cache中tag位来校验是否是该地址的数据，最后通过valid bit来确定数据是否真的有效。
   上述过程是一个直接映射的过程，即：memory中的一个位置，只能唯一地映射到cache中的一个位置。
   为降低memory中数据对cache同一存储位置竞争的可能性，同时提高cache的利用率，产生了新的组织cache的方法。主要有3种，分别是：1.直接映射（direct mapped cache）2.组关联（set-associative cache）3.全关联（fully associative cache）。
   1.直接映射即memory中的一个位置，只能唯一地映射到cache中的一个位置。
   2.组关联即memory中的一个位置，只能唯一地映射到cache中的某n个位置，相应的名字即为n路组关联。
   3.全关联即memory中的一个位置，可以映射到cache中的任意位置。
   组关联、全关联往往会采用并行比较来确定数据所在位置。
   有实验表明：当关联度有1路提高到2路时，有效缺失率减少了大约15%，但是继续提高关联度，缺失率没有改善。

   还有就是通过多级cache来提高数据访问的性能。
   多级cache设计与单级cache的设计理念有比较大的不同。例如二级cache的结构中，一级cache主要需要解决访问时间的问题；而二级cache主要需要解决缺失率的问题。这样带来的影响是：一级cache往往小一点，块的容量也会小一点，而二级cache刚好相反。

   处理cache与memory数据一致性问题，主要有方法：写通过（write through）与写回（write back）。
   写通过就是写操作穿透cache，直接到memory。
   写回则是延迟写，只有当该cache块要被替代时，才将其刷到memory中。
   写回效率会高点，当然也会复杂很多。

   连接cache与memory的总线（bus）也会成为性能瓶颈，所以也会采用做一些优化。一种方法是增加总线带宽，另一种技术是交叉存取（interleaving），具体做法是：由于总线速度比memory快，可以将存储器组织若干块，实现交叉存取。

   cache的一些思考：cache的主要思想有两个：将数据数据放到更快的地方；将数据放到离使用更近的地方。在实际应用中，如果有出现访问有速度上的差异，我们可能就要考虑使用cahce了。
  有的时候为了快速响应，会把从数据库中取出的数据直接放到应用服务器就是一个例子，这样做还有一点好处是降低数据库的访问压力。