对于回写高速缓存策略，为什么在写入高速缓存之前应首先从内存中读取数据？

Question

具有回写高速缓存的高速缓存，对高速缓冲存储器执行写操作并立即返回。 仅当数据已存在于缓存中时才会这样。 如果数据不存在于高速缓存中，则首先从较低存储器中取出数据，然后将其写入高速缓存中。

我不明白为什么在写入之前首先从内存中获取数据很重要。 如果要写入数据，则无论如何都将变为无效。

我确实知道基本概念，但想知道在写入地址之前必须读取数据的原因。

我有以下猜测，

这是针对多处理器环境中的Cache Coherency完成的。 其他处理器窥探总线以保持Cache Coherency。 写入地址的处理器需要获得独占访问权限，其他处理器必须了解这一点。 但是，这是否意味着，单处理器计算机不需要这样做？

谢谢

Answer 1

高速缓存中未命中的写入可能会也可能不会取出正在写入的块，具体取决于高速缓存的写入未命中策略（ 写入时取指错误与写入时取消取消 ）。 它不依赖于写入命中策略（回写与直写）。

为了简化，我们假设我们有一个级别的缓存层次结构：

-----     ------     -------------
|CPU| <-> | L1 | <-> |main memory|
-----     ------     -------------

L1写策略是fetch-on-write-miss。

缓存存储数据块。 典型的L1块是32字节宽度，也就是说，它包含几个字（例如，8×4字节字）。

高速缓存和主存储器之间的传输单元是块，但CPU和高速缓存之间的传输可以具有不同的大小（1,2,4或8字节）。

我们假设CPU执行4字节字写操作 。

如果包含该单词的块未存储在缓存中，则表示缓存未命中。 整个块（32字节）从主存储器传输到高速缓存，然后相应的字（4字节）存储在高速缓存中。
1. 回写高速缓存会将块标记为脏（无效，如您所述）。
2. 直写高速缓存将更新的字发送到主存储器。
如果包含该单词的块存储在缓存中，则我们有缓存命中。 相应的单词已更新。

更多信息：缓存写入策略和性能。 Norman P. Jouppi。
http://www.hpl.hp.com/techreports/Compaq-DEC/WRL-91-12.pdf

Answer 2

你的猜测几乎是正确的。 但是，这种行为也必须在多核单处理器系统中完成。

您的处理器可以有多个内核，因此在写入缓存行（在WB缓存中）时，发出写入的内核需要获得对该行的独占访问权限。 如果用于写入的行被标记为脏，则在用新信息写入之前，它将被“刷新”到较低的存储器。

在多核CPU中，每个核心都有自己的L1缓存，每个核心都有可能存储共享L2线路的副本。 因此，对于Cache Coherency，您需要此行为。

您应该通过阅读MESI协议及其派生来了解更多信息。