存储器

• 寄存器
• CPUCache--L1、L2、L3
• 内存
• SSD/HDD硬盘

关系

速度：L1比内存快100倍，内存比硬盘块10~1000倍

寄存器

数量：几十到几百 特点：最快、最贵

CPU Cache--SRAM

1. 层次结构

• L1
  • 单核心对应一个指令缓存+数据缓存
  • 大小：32KB~128KB，大部分是64KB
  • 时间：2~4个时钟周期
• L2：
  • 和其对应的L1都在同一个核心中
  • 几百KB到几MB
• L3：
  • 多核心公用
  • 连接内存
  • 几MB到几十MB

2.Cache Line(Cache机制)

内存的访问方式

• 组标记：区分对应的内存块，若不匹配则重新读取
• 索引：访问到具体的内存位置
• 偏移量：访问到内存块的偏移 其他
• • 有效位：判断是否有效，用来重新从内存读入（volatile作用）

映射方式

一般采取：组间直接映射+组内全相联映射

直接映射： 内存块大小：基本上都是64字节 缓存块位置：内存块地址取模运算 - 这意味着一个cacheline对应多个内存块，用组标记来判断

组内全相联映射： - 多个cacheline分为一组（一般是4路）

其他数据： - 组标记：区分对应的内存块

3.CPU优化--缓存命中率

1. 数据缓存优化： - 遍历数组 2.指令缓存优化： - CPU分支预测：提前缓存if或else中的指令 - 例子：先排序后遍历 快于 先遍历后排序

3.多核 CPU--缓冲命中率提升 - 问题：L1、L2核心独有，线程切换核心导致缓存更改 - 解决：绑定线程到核心

4.缓存一致性与MESI

缓存写入内存： - 写直达：性能影响大 - 缓存数据存在，同时写到缓存和内存 - 缓存数据不存在，直接写到内存 - 写回：性能提高，更复杂 - 先写到缓存中，被替换时再写到内存 - 脏标记机制：下次写入\读取时发现脏标记，写入内存 - 本身不负责写入内存，只实现修改脏标记

缓存一致性问题（多核心）： - 原因：A核心和B核心同一数据可能因为写回机制缓存不一致，可能导致缓存读取出错。 - 缓存数据同步： - 写传播：某个核心Cache更新时，必须传播到其他核心 - 事务的串行化：保证所有核心对数据的操作顺序一致， - MESI协议：实现缓存一致 - 四种状态：已修改（脏标记），独占（单核，自由写入）、共享（广播）、已失效（不可读取） - 共享独占的判断：读取一个数据时，发送消息给其他核心，多核心则变为共享，没有就独占 - 共享更新数据（一致性实现）：广播，其他核心变为无效状态，自己标记为已修改

5.性能杀手--多线程的伪共享

原因：明明是不同的数据，却在多线程多核心的同一Chcheline，MESI中是伪【共享】 的状态 独占肯定比共享性能更优

解决办法： - aliganas(64)强制内存对齐 - char填充对齐 - 还有一些宏用来分离到不同cacheline

6.常见游戏优化：

• ECS
• 对象池
• 资源聚类与预加载
• 减少伪共享

内存--DRAM

访问速度：约200_{300个时钟周期，即CPU的200}300倍时间，较慢