CPU Cache

何为cache：cache是内存数据的高速缓存，使用昂贵但是较快速的SRAM技术。如果cpu要访问的数据在cache中，称为“命中”，否则称为“缺失”。cache分为L1 cache、L2 cache、L3 cache，读写延迟依次增加，实现成本依次降低，这样设计是根据性能和价格的折中考虑。程序的数据和指令分别存储在两片cache中，对应数据缓存（D-cache）和指令缓存（L-cache）。

程序局部性原理：最近被CPU访问的数据短期内还要访问（时间局部性），被访问数据附近的数据短期内也会被CPU访问（空间局部性）。cache位于CPU和内存之间，存储内存中一小部分CPU即将访问的数据，CPU直接从cache中调用，加快读取速度。cache对CPU的性能影响取决于CPU数据交换顺序，以及CPU和cache之间的带宽。

                               CPU、cache、内存和DMA（Direct Memory Access，直接存储器访问）之间的关系
多级CPU cache：L1 cache 和 L2 cache是每个CPU core独立拥有的，L3 cache是多个cores共享的，可以认为是一个更小但是更快的内存。以下是典型的存储器层次结构，用到了三级缓存。

CPU与cache的交互过程：CPU收到指令后，会先去L1cache寻找相关数据，一级缓存和CPU同频运行，如果没有命中，则继续向下一级寻找，按L1、L2、L3、内存（主存）、硬盘依次寻找。程序运行过程中，可以使用perf工具观察cache-miss的rate。

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