Кэш процессора

2024-10-12 12:38:43 +03:00 · 2024-10-12 12:38:43 +03:00 · abd333c9bd
commit abd333c9bd
parent 756ef88701
15 changed files with 196 additions and 18 deletions
--- a/dev/algorithm/Adaptive
+++ b/dev/algorithm/Adaptive
@ -7,7 +7,7 @@ date:
 zero-link:
  - "[[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]"
 parents:
-  - "[[Алгоритмы вытеснения]]"
+  - "[[Алгоритм вытеснения кэша]]"
 linked: 
 ---
 Объединяет преимущества: [Last Frequently Used](Last%20Frequently%20Used.md) и [Least Recently Used](Least%20Recently%20Used.md).
@ -18,7 +18,7 @@ linked:
 ***
 ## Мета информация
 **Область**:: [[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]
-**Родитель**:: [[Алгоритмы вытеснения]]
+**Родитель**:: [[Алгоритм вытеснения кэша]]
 **Источник**:: 
 **Автор**:: 
 **Создана**:: [[2024-06-17]]
--- a/dev/algorithm/Last
+++ b/dev/algorithm/Last
@ -8,7 +8,7 @@ date:
 zero-link:
  - "[[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]"
 parents:
-  - "[[Алгоритмы вытеснения]]"
+  - "[[Алгоритм вытеснения кэша]]"
 linked:
  - "[[Most Recently Used]]"
 ---
@ -16,7 +16,7 @@ linked:
 ***
 ## Мета информация
 **Область**:: [[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]
-**Родитель**:: [[Алгоритмы вытеснения]]
+**Родитель**:: [[Алгоритм вытеснения кэша]]
 **Источник**:: 
 **Автор**:: 
 **Создана**:: [[2024-06-17]]
--- a/dev/algorithm/Least
+++ b/dev/algorithm/Least
@ -8,7 +8,7 @@ date:
 zero-link:
  - "[[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]"
 parents:
-  - "[[Алгоритмы вытеснения]]"
+  - "[[Алгоритм вытеснения кэша]]"
 linked:
  - "[[Most Recently Used]]"
  - "[[Псевдо-LRU]]"
@ -34,7 +34,7 @@ Least Recently Used (LRU) — это алгоритм управления кэ
 ***
 ## Мета информация
 **Область**:: [[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]
-**Родитель**:: [[Алгоритмы вытеснения]]
+**Родитель**:: [[Алгоритм вытеснения кэша]]
 **Источник**:: 
 **Автор**:: 
 **Создана**:: [[2024-05-24]]
--- a/dev/algorithm/Most
+++ b/dev/algorithm/Most
@ -8,7 +8,7 @@ date:
 zero-link:
  - "[[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]"
 parents:
-  - "[[Алгоритмы вытеснения]]"
+  - "[[Алгоритм вытеснения кэша]]"
 linked:
  - "[[Least Recently Used]]"
 ---
@ -24,7 +24,7 @@ linked:
 ***
 ## Мета информация
 **Область**:: [[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]
-**Родитель**:: [[Алгоритмы вытеснения]]
+**Родитель**:: [[Алгоритм вытеснения кэша]]
 **Источник**:: 
 **Автор**:: 
 **Создана**:: [[2024-06-17]]
--- a/dev/algorithm/Алгоритмы
+++ b/dev/algorithm/Алгоритмы
@ -1,5 +1,8 @@
 ---
 aliases:
+  - алгоритмы замещения кэша
+  - Алгоритмы вытеснения
+  - алгоритмов замещения
 tags:
  - maturity/🌱
 date: 2024-09-11
@ -9,12 +12,15 @@ parents:
  - "[[../architecture/highload/Инвалидация кэша|Инвалидация кэша]]"
 linked:
 ---
+Алгоритмы вытеснения кэша определяют, какие данные должны быть удалены из кэша, когда он заполняется.
+
 - Алгоритм Белади. Несуществующий идеальный алгоритм. Храним только нужную информацию, не нужную не храним.
- [Least Recently Used](Least%20Recently%20Used.md)
+- [Least Recently Used](Least%20Recently%20Used.md). Один из наиболее популярных. Отслеживает, какие данные использовались недавно, и удаляет те, которые не использовались дольше всего
 - [Псевдо-LRU](Псевдо-LRU.md)
 - [Most Recently Used](Most%20Recently%20Used.md)
 - [Last Frequently Used](Last%20Frequently%20Used.md)
 - [Adaptive Replacement Cache](Adaptive%20Replacement%20Cache.md)
+- **FIFO (First In, First Out)** работает по принципу "первым пришел — первым ушел", удаляя данные в том порядке, в котором они были загружены в кэш. Хотя этот алгоритм проще, он не всегда эффективен, так как не учитывает, что старые данные могут по-прежнему быть востребованными.
 ***
 ## Мета информация
 **Область**:: [[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]
--- a/dev/algorithm/Псевдо-LRU.md
+++ b/dev/algorithm/Псевдо-LRU.md
@ -7,7 +7,7 @@ date:
 zero-link:
  - "[[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]"
 parents:
-  - "[[Алгоритмы вытеснения]]"
+  - "[[Алгоритм вытеснения кэша]]"
 linked:
  - "[[Least Recently Used]]"
 ---
@ -21,7 +21,7 @@ linked:
 ***
 ## Мета информация
 **Область**:: [[../../meta/zero/00 Алгоритм|00 Алгоритм]]
-**Родитель**:: [[Алгоритмы вытеснения]]
+**Родитель**:: [[Алгоритм вытеснения кэша]]
 **Источник**:: 
 **Автор**:: 
 **Создана**:: [[2024-06-18]]
--- a/dev/architecture/highload/Инвалидация
+++ b/dev/architecture/highload/Инвалидация
@ -20,7 +20,7 @@ linked:
 	- При большом TTL данные могут быть не консистентны
 - Инвалидация по событию
 	- Опасно из-за риска мгновенной инвалидации и сопутствующей [[Перестройка кэша|перестройки кэша]]
- Использование [[../../algorithm/Алгоритмы вытеснения|алгоритмов вытеснения]]
+- Использование [[../../algorithm/Алгоритм вытеснения кэша|алгоритмов вытеснения]]

 Дополнительно для работы со статическими файлами можно отменить [[../Fingerprint|Fingerprint]].

@ -59,7 +59,7 @@ return value;
 ### Дочерние заметки
 <!-- QueryToSerialize: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
 <!-- SerializedQuery: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
- [[Алгоритмы вытеснения]]
 - [[Fingerprint]]
+- [[Алгоритм вытеснения кэша]]
 <!-- SerializedQuery END -->

--- a/dev/fundamental/Cache
+++ b/dev/fundamental/Cache
@ -0,0 +1,34 @@
+---
+aliases:
+  - кэш-кохерентность
+  - кэш-кохерентности
+  - кэш-кохерентностью
+tags:
+  - maturity/🌱
+date: 2024-10-12
+zero-link: 
+parents: 
+linked:
+---
+Когда [[Центральный процессор|процессор]] имеет несколько [[Ядро процессора|ядер]], каждое из них может иметь собственный [[Кэш процессора|кэш процессора]], что приводит к проблеме кэш-кохерентности. Она возникает, когда одно ядро изменяет данные, находящиеся в его кэше, а другие ядра продолжают использовать устаревшую версию этих данных из своего кэша. В результате возникает рассинхронизация, что может привести к некорректной работе программ, особенно в многозадачных системах.
+
+Для решения этой проблемы используются протоколы кэш-кохерентности:
+- [[MESI]]. Один из наиболее распространенных.
+- MOESI
+- MESIF
+***
+## Мета информация
+**Область**:: 
+**Родитель**:: 
+**Источник**:: 
+**Создана**:: [[2024-10-12]]
+**Автор**:: 
+### Дополнительные материалы
+- 
+
+### Дочерние заметки
+<!-- QueryToSerialize: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
+<!-- SerializedQuery: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
+- [[MESI]]
+<!-- SerializedQuery END -->
+
--- a/dev/fundamental/MESI.md
+++ b/dev/fundamental/MESI.md
@ -0,0 +1,31 @@
+---
+aliases: 
+tags:
+  - maturity/🌱
+date: 2024-10-12
+zero-link: 
+parents: 
+linked:
+---
+Название MESI происходит от четырех состояний, в которых могут находиться данные в [[Кэш процессора|кэше процессора]]:
+
+- **M (Modified)** — данные изменены в кэше ядра и не синхронизированы с оперативной памятью.
+- **E (Exclusive)** — данные находятся только в кэше этого ядра и соответствуют содержимому памяти.
+- **S (Shared)** — данные разделены между несколькими ядрами, и их копии синхронизированы с памятью.
+- **I (Invalid)** — данные в кэше недействительны, потому что они были изменены другим ядром или сброшены.
+
+==Когда одно ядро изменяет данные в своем кэше, протокол MESI уведомляет другие ядра о том, что их копии этих данных больше не актуальны==. Это позволяет поддерживать согласованность данных между ядрами и предотвращает возможные ошибки.
+
+***
+## Мета информация
+**Область**:: [[../../meta/zero/00 Архитектура ЭВМ|00 Архитектура ЭВМ]]
+**Родитель**:: [[Cache coherence]]
+**Источник**:: 
+**Создана**:: [[2024-10-12]]
+**Автор**:: 
+### Дополнительные материалы
+- 
+
+### Дочерние заметки
+<!-- QueryToSerialize: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
+
--- a/dev/fundamental/Non-Uniform
+++ b/dev/fundamental/Non-Uniform
@ -0,0 +1,30 @@
+---
+aliases:
+  - NUMA
+tags:
+  - maturity/🌱
+date: 2024-10-12
+zero-link: 
+parents: 
+linked:
+---
+**NUMA (Non-Uniform Memory Access)** — это архитектура памяти, используемая в многопроцессорных системах, где время доступа к оперативной памяти зависит от физического расположения [[Центральный процессор|процессора]] и модулей памяти.
+
+В традиционной архитектуре **UMA (Uniform Memory Access)**, время доступа ко всей памяти одинаково для всех процессоров, что ограничивает масштабируемость. В NUMA же каждый процессор имеет собственную локальную память, к которой он получает доступ быстрее, чем к памяти, расположенной у другого процессора.
+
+NUMA может существенно влиять на работу [[Кэш процессора|кэш-памяти]]. Поскольку кэш каждого процессора хранит данные, связанные с его локальной памятью, доступ к удаленной памяти требует дополнительной синхронизации и согласования данных. В многоядерных системах это приводит к более сложным задачам по управлению [[Cache coherence|кэш-кохерентностью]], чтобы предотвратить несогласованность данных между ядрами, особенно при частом доступе к удаленным данным.
+
+В системах с NUMA также важно правильно распределять задачи между ядрами, чтобы минимизировать обращения к удаленной памяти и максимально использовать локальную память и кэш. Программисты могут оптимизировать производительность таких систем с помощью NUMA-aware алгоритмов, распределяя данные и задачи таким образом, чтобы кэш эффективно использовался в пределах каждого процессора и минимизировался доступ к удаленной памяти.
+***
+## Мета информация
+**Область**:: [[../../meta/zero/00 Архитектура ЭВМ|00 Архитектура ЭВМ]]
+**Родитель**:: 
+**Источник**:: 
+**Создана**:: [[2024-10-12]]
+**Автор**:: 
+### Дополнительные материалы
+- 
+
+### Дочерние заметки
+<!-- QueryToSerialize: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
+
--- a/dev/fundamental/Атомарная
+++ b/dev/fundamental/Атомарная
@ -0,0 +1,28 @@
+---
+aliases: 
+tags:
+  - maturity/🌱
+date: 2024-10-12
+zero-link: 
+parents: 
+linked:
+---
+Операция атомарная, если невозможно наблюдать частичный результат ее выполнения. Любой наблюдатель видит либо состояние системы до атомарной операции, либо после
+
+В Java:
+- Запись в поле типа boolean, byte, short, char, int, Object всегда атомарна
+- Запись в поле типа long/double: атомарна запись старших и младших 32 бит
+- Запись в поле типа long/double, объявленное volatile, атомарна
+***
+## Мета информация
+**Область**:: [[../../meta/zero/00 Разработка|00 Разработка]]
+**Родитель**:: 
+**Источник**:: 
+**Создана**:: [[2024-10-12]]
+**Автор**:: 
+### Дополнительные материалы
+- 
+
+### Дочерние заметки
+<!-- QueryToSerialize: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
+
--- a/процессора.md
+++ b/процессора.md
@ -0,0 +1,47 @@
+---
+aliases:
+  - кэше процессора
+  - кэш-памяти
+  - кэш-память
+tags:
+  - maturity/🌱
+date: 2024-10-12
+zero-link: 
+parents: 
+linked:
+---
+Кэш — это небольшая и очень быстрая память, встроенная в [[Центральный процессор|процессор]], предназначенная для временного хранения данных, к которым процессор обращается чаще всего. Основная задача кэша — ускорение работы процессора за счет минимизации времени доступа к этим данным.
+
+Процессор работает значительно быстрее, чем [[../../../../knowledge/dev/pc/Оперативная память|оперативная память]] (RAM), поэтому при прямом обращении к оперативной памяти возникали бы значительные задержки. Кэш решает эту проблему, храня наиболее востребованные данные и инструкции ближе к процессору. Когда процессор выполняет операцию, он сначала проверяет кэш. ==Если нужная информация находится в кэше, она загружается практически мгновенно==. В противном случае процессору приходится обращаться к более медленной оперативной памяти, что увеличивает время ожидания.
+
+Кэш-память процессора делится на два типа: кэш для данных и кэш для инструкций. Такое разделение позволяет повысить производительность процессора за счет оптимизации доступа к различным видам информации.
+
+Кэш инструкций хранит машинный код программ, который процессор должен выполнить, а кэш данных содержит фактические данные, с которыми работают программы. Это разделение позволяет процессору одновременно загружать инструкции для выполнения и данные для обработки, минимизируя задержки.
+
+Когда кэш заполняется, процессор должен решить, какие данные удалить, чтобы освободить место для новых. Эта задача решается с помощью специальных алгоритмов замещения.
+
+Когда процессор имеет несколько ядер, каждое из них может иметь собственный кэш, что приводит к проблеме [[Cache coherence|кэш-кохерентности]].
+## Уровни кэша
+Кэш процессора разделен на несколько уровней: L1, L2 и L3. Каждый уровень отличается по объему, скорости и месту в архитектуре процессора.
+
+**L1-кэш** — самый быстрый и ближайший к ядру процессора уровень кэша. Он имеет небольшой объем, обычно от нескольких десятков до сотни килобайт, и разделяется на две части: для инструкций и для данных. Это позволяет ускорять как выполнение команд, так и работу с информацией.
+
+**L2-кэш** находится на следующем уровне и имеет больший объем, чем L1, но его скорость ниже. Обычно L2-кэш выделяется для каждого ядра процессора отдельно, что позволяет ядрам работать автономно и быстро получать доступ к своим данным.
+
+**L3-кэш** — самый медленный, но и самый большой по объему уровень кэша. Он общий для всех ядер процессора и позволяет ядрам обмениваться данными через этот уровень. Несмотря на то что L3 медленнее, чем L1 и L2, он все равно значительно быстрее оперативной памяти.
+
+## Кэш-линия
+Кэш-линия — это минимальная единица данных, с которой работает кэш-память. Когда процессор загружает данные из оперативной памяти в кэш, он перемещает не один байт, а целую кэш-линию, которая содержит группу смежных данных. Использование кэш-линий позволяет более эффективно задействовать кэш, так как высока вероятность того, что процессору понадобятся соседние данные, что объясняется [[Принцип локальности|принципом локальности]].
+***
+## Мета информация
+**Область**:: [[../../meta/zero/00 Архитектура ЭВМ|00 Архитектура ЭВМ]]
+**Родитель**:: [[Центральный процессор]]
+**Источник**:: 
+**Создана**:: [[2024-10-12]]
+**Автор**:: 
+### Дополнительные материалы
+- 
+
+### Дочерние заметки
+<!-- QueryToSerialize: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
+
--- a/dev/fundamental/Принцип
+++ b/dev/fundamental/Принцип
@ -1,6 +1,7 @@
 ---
 aliases:
  - принципе локальности
+  - принципом локальности
 tags:
  - maturity/🌱
 date:
--- a/dev/fundamental/Центральный
+++ b/dev/fundamental/Центральный
@ -7,6 +7,7 @@ aliases:
  - процессору
  - процессоре
  - процессора
+  - процессор
 tags:
  - maturity/🌱
 date:
@ -32,7 +33,7 @@ linked:
 Первые процессоры могли одновременно выполнять только одну программу. В какой-то момент появились процессоры, которые содержат несколько [процессорных ядер](Ядро%20процессора.md). Каждое процессорное ядро может работать независимо от другого, что увеличивает производительность процессора, если ПО поддерживает работу в многоядерной системе.
 ***
 ## Мета информация
-**Область**:: [[../../meta/zero/00 Архитектура ЭВМ|Архитектура ЭВМ]]
+**Область**:: [[../../meta/zero/00 Архитектура ЭВМ|00 Архитектура ЭВМ]]
 **Родитель**:: 
 **Источник**:: 
 **Автор**:: 
@ -42,6 +43,6 @@ linked:
 ### Дочерние заметки
 <!-- QueryToSerialize: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
 <!-- SerializedQuery: LIST FROM [[]] WHERE contains(Родитель, this.file.link) or contains(parents, this.file.link) -->
- [[Ядро процессора]]
 - [[Многозадачность]]
+- [[Ядро процессора]]
 <!-- SerializedQuery END -->
--- a/Алгоритм.md
+++ b/Алгоритм.md
@ -5,5 +5,5 @@ parents:
  - "[[00 Разработка]]"
 title: Алгоритм
 ---
- [[../../dev/algorithm/Алгоритмы вытеснения|Алгоритмы вытеснения]]
+- [[../../dev/algorithm/Алгоритм вытеснения кэша|Алгоритмы вытеснения]]
 - [Бинарный поиск на Java](../../dev/java/Бинарный%20поиск%20на%20Java.md)