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CPU在cache中找到有用的数据被称为命中,当cache中没有cpu所需的数据时(这时称为未命中),cpu才访问内存。从理论上讲,在一颗拥有2级cache的cpu中,读取l1cache的命中率为80%。也就是说cpu从l1cache中找到的有用数据占数据总量的80%,剩下的20%从l2cache读取。由于不能准确预测将要执行的数据,读取l2的命中率也在80%左右(从l2读到有用的数据占总数据的16%)。那么还有的数据就不得不从内存调用,但这已经是一个相当小的比例了。在一些高端领域的cpu中,我们常听到l3cache,它是为读取l2cache后未命中的数据设计的—种cache,在拥有l3cache的cpu中,只有约5%的数据需要从内存中调用,这进一步提高了cpu的效率。
为了保证cpu访问时有较高的命中率,cache中的内容应该按一定的算法替换。一种较常用的算法是“最近最少使用算法”(lru算法),它是将最近一段时间内最少被访问过的行淘汰出局。因此需要为每行设置一个计数器,lru算法是把命中行的计数器清零,其他各行计数器加1。当需要替换时淘汰行计数器计数值最大的数据行出局。这是一种高效、科学的算法,其计数器清零过程可以把一些频繁调用后再不需要的数据淘汰出cache,提高cache的利用率。
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