脏缓存行和页面驱逐答案

【问题标题】：Dirty Cache lines and Page eviction脏缓存行和页面驱逐
【发布时间】：2024-04-12 12:20:01
【问题描述】：

当操作系统选择它所在的页面进行驱逐时，尚未写回的脏缓存行（假设写回缓存）会发生什么情况。换句话说，当一个页面被选择从主内存中驱逐时，页面的缓存行会发生什么。

一般的假设是，当页面从内存中被逐出时，它已经足够冷而不会被缓存。但是，这会在更大的缓存中造成问题吗？如果说我们有足够的缓存行来容纳每页的 1 行？

【问题讨论】：

有趣的地方。存在一个问题，因为内存是通过 DMA 从主内存复制到磁盘的，并且无法访问 CPU 的缓存。*的 DMA 文章 mentions this issue。对于 x86 硬件，另一个 SO question 询问了这个问题。 *.com/questions/7132284/…。显然，这些天硬件可以/确实有 DMA 缓存窥探。现代 CPU 中的内存控制器是内置在 CPU 内核中的，因此它们检查缓存并不难。
我在linux dma cache coherence 上搜索到了很多点击，所以试试吧。

【解决方案1】：

缓存行不会直接发生任何事情。在操作系统中，我们必须始终假设最坏的可能性，即使是小缓存也可能面临您提出的方案。但是，操作系统不需要直接对缓存行做任何事情，正常的分页过程会处理这种情况。

当操作系统决定驱逐一个页面时，它将首先将其内容写入磁盘（因为处理器会将页表条目标记为脏，表示该页面已被写入）。在此过程中，操作系统将从包括脏缓存行在内的整个页面中读取值，因此它们将被写回，至少写入磁盘。

接下来，作为驱逐页面的一部分，操作系统将使将虚拟地址映射到物理地址的转换无效。即使缓存行仍然是脏的，它们也不能再被进程（即程序）访问。在这一步之后，操作系统会将不同的数据写入物理页，这个动作会使缓存行失效。最后，新改用的物理页面将被映射到一个虚拟地址。

【讨论】：

我同意操作系统不需要对缓存行做任何事情，因为它们是由硬件管理的。但是，当 DMA 控制器将内存页面写入磁盘时，该位置的最新副本必须来自脏缓存行。这表明 DMA 控制器具有访问高速缓存行的总线。从硬件的角度来看，这就是它的工作原理吗？
@adarshpatil 我想，在这种情况下，WBINVD 会有所帮助吗？
@AlexeyFrunze：现在似乎有 DMA 缓存窥探，但在此之前，您需要循环运行 CLFLUSH 的页面。 WBINVD 清除了整个缓存，包括所有 8MiB 的共享 L3 或您拥有的任何大小，对于具有大型缓存的现代系统而言，这方式太昂贵了。跨度>
@PeterCordes 你说得对，WBINVD 太贵了。 OTOH，我不记得曾经需要在 x86 PC 上显式刷新缓存。在大多数情况下（从 80486 开始，因为 80386 没有内部缓存）看起来像缓存侦听，芯片组会自动为您执行此操作。
@Brian：当你review first-posts时，请更正标签，记住这是一个一次性队列，所以更愿意跳过：*.com/posts/35319533/revisions跨度>