回写与直写缓存？

Question

我的理解是，这两种方法的主要区别在于，在“直写”方法中，数据会立即通过缓存写入主内存，而在“回写”方法中，数据是在“稍后”写入的。

我们仍然需要在“后期”等待内存，那么“直写”有什么好处？

Answer 1

直写到主存储器的好处是它简化了计算机系统的设计。 通过直写，主存储器始终具有该行的最新副本。 因此，当读取完成时，主内存总是可以回复请求的数据。

如果使用回写，有时最新数据在处理器缓存中，有时在主内存中。 如果数据在处理器缓存中，那么该处理器必须停止主内存回复读取请求，因为主内存可能有数据的陈旧副本。 这比直写更复杂。

此外，直写可以简化缓存一致性协议，因为它不需要修改状态。 Modify状态记录缓存必须在使缓存行无效或驱逐之前写回缓存行。 在直写中，高速缓存行总是可以在不回写的情况下失效，因为内存已经拥有该行的最新副本。

还有一件事 - 在写回内存映射 I/O 寄存器的回写架构软件上，必须采取额外的步骤来确保写入立即从缓存中发送出去。 否则，在内核外部不可见写入，直到该行被另一个处理器读取或该行被逐出。

Answer 2

也许这篇文章可以帮助你链接到这里

直写：对缓存和后备存储同步进行写入。

回写（或写后）：仅对缓存进行写入。 修改后的缓存块在被替换之前被写回存储。

直写：数据更新时，会同时写入缓存和后端存储。 这种方式操作方便，但写入数据较慢，因为数据必须同时写入缓存和存储。

回写：数据更新时，只写入缓存。 只有当数据从缓存中移除时，修改后的数据才会写入后端存储。 这种模式的数据写入速度快，但如果在更新的数据写入存储之前发生断电，数据将丢失。

Answer 3

让我们借助一个例子来看看这个。 假设我们有一个直接映射的缓存并且使用了回写策略。 所以我们在缓存行中有一个有效位、一个脏位、一个标签和一个数据字段。 假设我们有一个操作：写入 A（其中 A 映射到缓存的第一行）。

发生的情况是来自处理器的数据（A）被写入缓存的第一行。 设置有效位和标记位。 脏位设置为 1。

脏位只是表明自上次被带入缓存以来，缓存线是否被写入过！

现在假设执行另一个操作：读取 E（其中 E 也映射到第一个缓存行）

由于我们有直接映射缓存，第一行可以简单地替换为将从内存中取出的 E 块。 但是由于最后写入行的块（块A）还没有写入内存（用脏位表示），所以缓存控制器会先向内存发回写，将块A转移到内存，然后它将通过向内存发出读操作来用块 E 替换该行。 脏位现在设置为 0。

因此回写策略并不能保证该块在内存及其关联的缓存行中是相同的。 然而，每当行将被替换时，首先执行回写。

直写策略正好相反。 据此，存储器将始终具有最新数据。 也就是说，如果缓存块被写入，内存也会相应地被写入。 （不使用脏位）

Answer 4

回写和直写描述了写命中发生时的策略，即缓存具有请求的信息时。 在这些示例中，我们假设单个处理器正在使用缓存写入主内存。

Write-through：将信息写入缓存和内存，当两者都写完时，写完成。 这样做的优点是实现起来更简单，并且主存始终与缓存一致（同步）（对于单处理器情况 - 如果某些其他设备修改了主存，则此策略是不够的），以及读取未命中永远不会导致写入主内存。 明显的缺点是每次写入命中都必须进行两次写入，其中一次访问较慢的主内存。

回写：将信息写入缓存中的块。 修改后的缓存块仅在被替换时才写入内存（实际上，延迟写入）。 每个缓存块的特殊位，即脏位，标记缓存块在缓存中时是否已被修改。 如果未设置脏位，则缓存块是“干净的”并且写入未命中不必将该块写入内存。

优点是写入可以以缓存的速度发生，如果在同一块内写入，则只需要向主内存写入一次（当前一个块被替换时）。 缺点是该协议更难实现，主存可能与缓存不一致（不同步），导致替换的读取可能会导致向主存写入脏块。

我的第一个链接中详细介绍了写入未命中的策略。

这些协议不处理具有多个处理器和多个缓存的情况，这在现代处理器中很常见。 为此，需要更复杂的缓存一致性机制。 直写缓存具有更简单的协议，因为对缓存的写入会立即反映在内存中。

好资源：

• http://web.cs.iastate.edu/~prabhu/Tutorial/CACHE/interac.html （我的帖子主要基于什么）
• http://www.cs.cornell.edu/courses/cs3410/2013sp/lecture/18-caches3-w.pdf

Answer 5

回写是一个更复杂的，需要复杂的缓存一致性协议（MOESI），但它是值得的，因为它使系统快速和高效。

Write-Through 的唯一好处是它使实现非常简单，并且不需要复杂的缓存一致性协议。