今天我們來看看緩存。在我們平時(shí)的生活中，知道處理器和內(nèi)存是不同的。它們所使用的半導(dǎo)體器件工藝不同，工藝的差異導(dǎo)致了處理器與內(nèi)存的速度差異。處理器的器件比內(nèi)存是要好很多的，因此它的容量就勢(shì)必很??；而內(nèi)存雖然速度慢，但是它很便宜，因此容量一般較大。在進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理時(shí)，處理器總是需要等待內(nèi)存，處理器的速度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于內(nèi)存的。

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        在一般程序訪問的時(shí)候，它會(huì)出現(xiàn)局部性的概念。也就是說，在短時(shí)間內(nèi)，處理器訪問的存儲(chǔ)空間是一個(gè)很小的范圍。局部性分為兩種：時(shí)間局部性和空間局部性。局部時(shí)間性是指某個(gè)存儲(chǔ)單元在短時(shí)間內(nèi)很可能被再次訪問，而空間局部性是指某個(gè)存儲(chǔ)單元的鄰近單元在短時(shí)間內(nèi)也被訪問。我們?cè)谔幚砥髋c內(nèi)存之間就引進(jìn)了一個(gè)中間介質(zhì)，它叫高速緩沖存儲(chǔ)器，俗稱 cache。下來介紹下它的特性：1、cache 是一種小容量的高速存儲(chǔ)器；2、cache 的存取速度與處理器的運(yùn)算速度幾乎同量級(jí)；3、cache 在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中內(nèi)置于處理器芯片中。在處理器與內(nèi)存之間設(shè)置 cache 能大大地提高效率，將內(nèi)存中被頻繁訪問的指令和數(shù)據(jù)復(fù)制到 cache 中。在大多數(shù)情況下，處理器能直接從 cache 中取得指令和數(shù)據(jù)。

        下來我們來看看處理器的數(shù)據(jù)訪問 的具體流程，如下

        那么內(nèi)存和 cache 之間是如何進(jìn)行映射的呢？是利用直接映射法的。1、將 cache 和內(nèi)存分成固定大小的塊（如 512 Byte/塊）；2、內(nèi)存中的每一塊在 cache 中有固定的映射位置；3、映射公式為：Pcache = 內(nèi)存塊號(hào) % cache總塊數(shù)。下圖是一個(gè)直接映射的例子

        它的特點(diǎn)是任意一個(gè)內(nèi)存地址都能映射到 cache 中的一個(gè)固定位置。它的地址劃分如下

        映射原理為根據(jù)訪問地址的中間 c 位找到 cache 中的對(duì)應(yīng)塊，再來比較地址的高 t 位是否和 flag 相同，如果相同責(zé)直接讀取數(shù)據(jù)，不相同的話則從內(nèi)存中復(fù)制塊內(nèi)容。例如當(dāng)前處理器需要訪問內(nèi)存地址為 0x02140CH 處。

        1、地址劃分：

        2、根據(jù) 0010直接訪問 cache 中的第 0010 塊

        3、匹配 0010 塊的 flag 是否等于 0000 001，如果相等則訪問 0010 塊中 1100 處的數(shù)據(jù)，不相等則從內(nèi)存中讀取塊數(shù)據(jù)并更新 cache。

        直接映射法的優(yōu)點(diǎn)是映射過程簡單，所需耗時(shí)短；而缺點(diǎn)是當(dāng)短時(shí)間內(nèi)訪問的地址有同余沖突時(shí)會(huì)造成緩存失效。下面來看看基于 cache 原理的軟件應(yīng)用。項(xiàng)目背景是開發(fā)一款日志調(diào)試工具（Log Dog）。需要解決的問題是：1、日志對(duì)系統(tǒng)效率影響巨大，且不容易分析查看；2、現(xiàn)有的日志系統(tǒng)無法高效的打印二進(jìn)制數(shù)據(jù)；3、自定義日志內(nèi)容的解析方式；4、對(duì)日志進(jìn)行分類，并控制日志是否輸出。出現(xiàn)過的性能問題是當(dāng)短時(shí)間內(nèi)有大量日志需要打印時(shí)，性能無法滿足調(diào)試需要。最終的解決方案是根據(jù) cache 原理，設(shè)置二級(jí)緩存機(jī)制，盡量避開查找。