具有相同缓存线大小的多级CPU缓存是如何工作的？

Question

注意:我不确定StackOverflow是否是这个问题的正确位置，或者是否有一个更适合这个问题的StackExchange子

我在一本书中读到，对于多级CPU缓存，缓存行大小随级别的总内存大小而增加。当与相当简单的架构一起使用时，我可以完全不去想它是如何工作的(至少我认为是这样的)。然后我穿越了这个问题。问题是同一条高速缓存线的高速缓存存储器是如何协作的？

这就是我如何理解不同缓存线大小的缓存内存的工作方式。为了简单起见，让我们假设数据和指令没有不同的缓存，我们只有L1和L2缓存(L3和L4不存在)。如果L1的缓存行大小为64字节，L2为128字节，那么当我们在L2上有缓存缺失时，我们需要从主内存中获取所需的字节或单词，我们也会带来它最接近的字节或单词，以填充L2缓存行的128个字节。然后，由于处理器产生的对内存位置的引用的局部性，当在L2上丢失时，我们在L1上受到攻击的概率更高。但是，如果我们有相同的缓存线大小，这当然不会发生，用前面的算法。您能解释一下现代CPU如何利用具有相同行大小的缓存的一些简单的算法或实现吗？

提前谢谢。

Answer 1

我在一本书中读到，对于多级CPU缓存，缓存行大小随级别的总内存大小而增加。

对于大多数CPU来说，情况并非如此。通常，所有缓存中的行大小都是相同的，但总大小会增加。通常也是相联性，但通常不像总尺寸那么大，所以集合的数量通常会增加。

多级缓存的点的目的是获得较低的延迟和较大的大小，而不需要一个既大又低的缓存(因为这在物理上是不可能的)。

HW预取到L2和/或L1是顺序读取工作良好的原因，而不是在缓存的out级别上更大的行大小。(在多核CPU中，私有L1/L2 +共享L3为访问共享域的内存工作负载提供私有延迟+带宽筛选器，但您可以使用L3作为一致性备份，而不是对核间共享的数据使用DRAM。)

在不同的缓存中拥有不同的行大小要复杂得多，特别是在多核系统中，缓存必须保持与其他使用MESI的一致性。在缓存之间围绕整个缓存进行传输很好。

但是，如果L1D行为64B，而私有L2 /共享L3行为128 B，那么一个核心上的负载可能会迫使L2缓存分别请求两个一半，以防分别对128 B行的两个部分进行修改。听起来非常复杂，并将更多的逻辑放入外部级缓存中。

(保罗·克莱顿对你的问题的回答指出，解决该问题的可能方法是对较大缓存线的两部分单独的有效性位，甚至单独的MESI一致性状态。但是仍然共享相同的标记，所以如果它们都是有效的，那么它们必须缓存相同128 B块的两部分。)