受害者缓存(Victim Cache)

这张图介绍了**受害者缓存(Victim Cache)**的概念及其在缓存系统中的作用。受害者缓存用于减少组相联缓存中的冲突未命中,从而提升缓存命中率。

图的结构

图分为三部分:

  1. 访问序列(Access Sequence) :展示了按顺序访问的内存块,从 E、A、B、N...M
  2. 没有受害者缓存的4路组相联 L1 缓存:在没有受害者缓存的情况下,4 路组相联缓存中每次访问都会导致未命中。
  3. 带有受害者缓存的4路组相联 L1 缓存:引入了一个全相联的受害者缓存,可以存储最近被替换的数据块,减少未命中率。

关键概念

1. 4 路组相联缓存的局限性
  • 组相联缓存将缓存分成多个组(Set),每组可以存放一定数量的数据块(例如 4 路组相联表示每组可以容纳 4 个块)。
  • 当访问序列中的数据依次加载到缓存时,会出现缓存不够用的情况,导致旧的数据块被替换。
  • 在图中左边的缓存结构中,访问序列中的每次访问都会导致未命中,因为缓存无法"容纳"访问序列中的所有数据块。这种情况在程序访问模式中出现频繁的数据块替换,导致较低的缓存命中率。
2. 受害者缓存的引入
  • 受害者缓存是一个小型的、全相联的辅助缓存,用来存储最近被主缓存替换出去的块。
  • 在图右侧,当一个数据块被 4 路组相联缓存替换出去时,它会被放入受害者缓存中。
  • 如果之后再次访问到该块,受害者缓存可以提供命中,从而避免从主存加载,提升了缓存的整体效率。
3. 受害者缓存的优势
  • 受害者缓存提供了额外的"路"(即存储空间),例如提供了"第五路"、"第六路"等,以缓解主缓存中的冲突问题。
  • 在图中右边的缓存结构中,受害者缓存允许访问到替换出去的数据块 CL,避免了冲突未命中,从而提高命中率。
  • 受害者缓存特别适合访问模式中频繁替换的数据块,可以减少不必要的缓存未命中和主存访问,提升性能。

总结

  • 受害者缓存是一种小型的全相联缓存,用于存储最近被替换的数据块,减少冲突未命中。
  • 在缓存频繁冲突的访问模式下,受害者缓存可以显著提升缓存命中率,降低系统延迟。
  • 这种结构适合用于 L1 缓存中,以弥补组相联缓存的缺陷,提高整体缓存的效率。
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