x86指令如何与L1和L2缓存交互以读写内存数据？

Question

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假设我在x86指令中有这样的一条指令，它想从内存地址读取数据。

mov eax, word_123456

假设这将从内存中获取数据。现在假设我将其存储。

mov word_123456, eax

我知道从CPU架构图上看，随机存储器和CPU之间都有缓存存在。如果我要求将寄存器中的内容存储到内存中，它是否总是会先进入L1缓存？谁决定它最终进入哪个缓存？另外，我想知道是否可以编写提示x86命令，以指定移动操作是应存储在缓存中还是将成为罕见的读/写等操作。

- Kevin Burke

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这高度取决于特定系统细节，即使在x86系列内部，因为缓存架构已经改变并将继续改变。一些缓存是写回vs写直通。有些是包容性的vs独占性的，分配vs非分配的。缓存行替换算法不同等等...简而言之，没有一个确切的系统参考，这个问题就没有一个标准答案。 - twalberg

1个回答

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- Sneftel · Accepted Answer

默认情况下，所有数据都会进入L1和L2缓存。（在原子访问方面稍微简化一下，但如果只是执行mov指令，那就是这样处理的。）它不是真正意义上的先进入L1缓存，而是一旦将其读入寄存器中后，缓存行也被缓存在其中，以备后续使用。

（我这里还有一些与体系结构相关的信息。某些体系结构选择使两个缓存互斥，因此从L2缓存中移除L2缓存行以将其放入L1缓存中。但这对代码性能影响不大，因为L2缓存比L1缓存大得多。这更像是一个簿记问题。）

L2缓存的目的是比L1缓存更大，以便如果某些数据在L1缓存中但已被驱逐，希望该数据仍然在L2缓存中，这样就不需要到达RAM。

是的，您可以提示写操作跳过缓存。例如，这就是movnti的用途。但不要为所有只写访问手动使用movnti。实际的性能收益很小，即使当前函数没有从内存中读取，也有很大可能某些其他即将执行的代码会读取它们。