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Memory Hierachy

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存储技术(书6)

  • 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

memory-hierarchy.png

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)