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memory hierachy Locality局部性 Hierarchy Virtual Memory(书10.1-10.8) Heap & Malloc(书10.9)

admin 11月 13, 2020 0

RAM(Random Access Memory)
- SRAM(Static RAM)
  - 快，10倍速度DRAM
  - 贵，100倍价格DRAM
  - 做Cache
- DRAM(Dynamic RAM)
  - 主存
  - frame buffer
  - 增强版DRAM
    - SDRAM(Synchronous DRAM)
    - Double Data-Rate SDRAM(DDR SDRAM)
      - DDR(2bit prefetch buffer)
      - DDR2(4bit …)
      - DDR3(8bit …)
- 访问主存
  - 读
    movq A, %rax
    1. CPU通过总线接口发起读事务，把地址A放到系统总线上
    2. A走过I/O桥接器，走到存储器总线
    3. 主存感觉并获取A，读取A的内容，写到存储器总线
    4. I/O桥接器翻译转换成系统总线信号
    5. CPU感觉并获取数据，copy给%rax
  - 写
    movq %rax A
    1. CPU把A放在总线上
    2. 主存从总线获取A，并等待数据到达
    3. CPU把%rax的数据copy到总线
    4. 主存拿到数据存入A
断电可以存储的
- ROM(Read-only memory)
- PROM(Programmable ROM) 可以烧制一次程序
- EPROM(Eraseable PROM) 可以重复烧制
- EEPROM(Electrically Eraseable PROM) 比如Flash memory
- 磁盘
  见图

Locality局部性

时间局部性：一个变量在集中的时间里一直访问就会一直cache hit
空间局部性：相关数据放在一起（一个 block）就会一起进缓存

Hierarchy

Disk

见上图

Cache

见上图

上层是下层的子集
数据以块传输
下层更大，慢，便宜
读：hit的话直接返回，miss的话replace
- cache hit
- cache miss
  - cold miss、compulsory miss（强制性不命中）
  - conflict miss，e.g.用了下一层的块i放在上一层的块（i mod 4）中的放置策略，然后访问块0,块4,块0,块4。。。就会一直miss
  - capacity miss：缓存太小了
- replacing、evicting victim block，只要发生了不命中就会执行某替换策略
  - 策略
    - 换掉谁？e.g.Least Recent Used（LRU）, Frequently(LFU)
    - 新的放哪? e.g. 随机，下一层的块i放在上一层的块（i mod 4）中
写：
- write hit
  - write-through：直接更新主存
  - write-back（真的用的）：推迟更新主存,减少bus的使用，需要额外维护一个dirty bit，标记是不是改过
- write miss
  - write-allocate（真的用的）:先加载到cache，再更新+write-back
  - not-write-allocate：直接更新主存+write-through
保存啥的
- i-cache：存指令
- d-cache：存数据
- unified cache：两个都存，e.g. L2
KPI
- miss rate = 1- hit rate
- hit time(命中花多久)、 miss penalty（不命中花多久）

Virtual Memory(书10.1-10.8)

Why Virtual Memory

4k/4m/…一个page，搞cache

memory管理，每个进程有自己的地址空间, 2G的物理内存虚拟出4G没问题

memory保护，可以做权限管理，在PTE上加权限位，MMU负责检查

 How

见上图

 Memory mapping

Heap & Malloc(书10.9)