新/malloc或删除/空闲是否占用缓存行或使其无效？

Question

我对缓存的行为很好奇。以下是与缓存有关的一些问题：

1. 写操作是否将数据带入缓存？考虑到像Ai = Bi这样的赋值，Ai会被加载到缓存中吗?因为我只是将一些东西写到Ai中，而不是读取它的值。
2. 当分配大内存时，内存可能来自操作系统。由于安全原因(参考文献 )，操作系统会将数据初始化为零。如果赋值会将数据带入缓存(问题1)，这个机制会占用缓存吗？
3. 假设有一个已分配的数组B，并且整个B现在在缓存中。在我释放数组B之后，B占用的缓存行会变得无效(可用)吗？

有人能给我个提示吗？

Answer 1

从这里开始https://people.freebsd.org/~lstewart/articles/cpumemory.pdf

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1. 写操作是否将数据带入缓存？

从该条中：

默认情况下，由CPU核心读取或写入的所有数据都存储在缓存中。有些内存区域不能缓存，但这只是OS实现者必须关注的问题；应用程序程序员看不到它。还有一些指令允许程序员故意绕过某些缓存。这将在第6节中讨论。

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1. 当分配大内存时，内存可能来自操作系统。这个机制会占用缓存吗？

可能不会。只有在读取或写入数据之后，它才会占用缓存。从该条中：

在具有需求分页支持的Linux等操作系统上，mmap调用只修改页表.在mmap调用时没有分配实际内存。 当第一次访问内存页时，通过读取或写入数据或执行代码，分配部分就会发生。为了响应随后发生的页面错误，内核控制并使用页面表树确定页面上必须显示的数据。这种解决页面错误的方法并不便宜，但是它发生在进程使用的每一个页面上。

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3 .Assume，即有一个分配的数组B，而整个B现在在缓存中。在我释放数组B之后，B占用的缓存行会变得无效(可用)吗？

从本文中看，只有在另一个CPU上有写操作时，缓存行才会失效。

多年来发展起来的是MESI缓存一致性协议(修改后的、排他的、共享的、无效的)。当使用MESI协议时，该协议是根据缓存线的四种状态来命名的。..。如果第二处理器想要写入缓存行，则第一处理器发送缓存行内容，并在本地将缓存线标记为无效。

此外，缓存行也可以被逐出：

对于程序员来说，缓存的另一个细节是缓存替换策略，这一点对程序员来说并不有趣。大多数缓存首先清除最近使用最少的元素(LRU)。

根据我使用TCMalloc free()的经验，将内存从缓存中删除并不是一个令人信服的理由。相反，它可能对业绩有害。在free()上，TCMalloc只是将一个已释放的内存块放入其缓存中。当应用程序下一次请求内存块时，这个内存块将由malloc()返回。这就是像TCMalloc这样的缓存器的本质。如果这个内存块还在缓存中，那么它的性能就更好了！

Answer 2

这是一篇有趣的文章，您可以在文章中找到更多关于您询问的内容的信息(可能太多)：

每个程序员都应该知道关于内存的事情

对于您的问题，您在内存上所做的每一项操作都将被缓存。作为一个程序员，你对它没有任何控制(而且操作系统没有)。请记住，如果您需要实现空间(内存)消耗算法，那么请尝试增加内存局部性。

因此，假设您必须处理1GB的数据，尝试将计算划分为集群(数据部分)，并尝试一次完成所有操作。通过这种方式，您将实际使用缓存中的数据，而不需要每次访问外部内存。这可能会提高你的表现。

Answer 3

要回答标题问题，不行。这些操作不会使缓存无效，而且是故意的。释放的内存会发生什么？有两个重要的案例。第一，内存将立即循环用于您的程序下一次分配。在这种情况下，将地址仍然保存在缓存中是有效的，因为这样可以减少对主内存的写入次数。

但是，即使内存没有被直接重用，内存分配程序也可以在幕后合并空闲块或执行其他操作。这通常涉及到写入以前由您的数据分配的空间。毕竟，释放内存并不会在物理上破坏内存。它只会让主人。在delete之后，所有权将从程序转移到运行时或操作系统。