Language agnostic 冗余写操作上的缓存行为

编辑-我想我问的问题太长了，所以我把它说得很具体

问题：如果内存位置在一级缓存中且未标记为脏。假设它有一个值X。如果您尝试将X写入同一位置，会发生什么？有没有CPU会发现这样的写入是多余的并跳过它

例如，是否有一种优化方法比较这两个值并丢弃对主内存的冗余写回？具体来说，主流处理器如何处理这个问题？如果该值是一个特殊值（如0），该怎么办？如果即使对于像0这样的特殊值也没有这样的优化，有什么原因吗

动机：我们有一个可以轻松放入缓存的缓冲区。多个线程可能通过在它们之间循环使用它。每次使用都涉及写入缓冲区中的n位置（不一定是连续的）。循环只是意味着将所有值设置为0。每次我们回收时，size-n位置已经为0。在我看来（凭直觉）避免如此多的冗余回写会使回收过程更快，因此问题就来了

在代码中这样做没有意义，因为分支指令本身可能会导致不必要的缓存丢失（if（buf[i]）{…}）

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这不是对您最初关于计算机体系结构问题的回答，但可能与您的目标有关

在本讨论中，所有数组索引都以零开始

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假设n比size小得多，请更改算法，使其保存两条信息：

大小为的数组

一个n数组和一个计数器，用于模拟集合容器。允许重复值

每次向全尺寸数组中的索引k写入非零值时，将值k插入集合容器

当需要清除全尺寸数组时，获取set容器中存储的每个值（其中将包含k），并将全尺寸数组中的每个对应索引设置为零

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也可以使用类似的技术，称为两级直方图或基数直方图

存储两条信息：

大小为

的数组

ceil（size/M）

的布尔数组，其中

M

是基数

ceil

是天花板功能

每次向全尺寸数组中的索引k写入非零值时，应标记布尔数组中的元素

floor（k/M）

比如说，

bool\u数组[j]

被标记。这对应于全尺寸阵列中从

j*M

到

（j+1）*M-1

的范围

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当需要清除全尺寸数组时，请扫描布尔数组中的任何标记元素，并应清除全尺寸数组中相应的范围。

您建议的硬件优化不会减少延迟。考虑最低级别的操作：

该位置的旧值从缓存加载到CPU（假设它已经在缓存中）

比较新旧值

如果新旧值不同，则新值将写入缓存。否则它将被忽略

步骤1实际上可能比步骤2和3花费更长的时间。这是因为在将步骤1中的旧值引入CPU之前，步骤2和3无法启动。如果在软件中实现，情况也是一样的

考虑一下我们是否只是将新值写入缓存，而不检查旧值。它实际上比上面提到的三步流程要快，原因有二。首先，不需要等待旧值。其次，CPU可以简单地在输出缓冲区中安排写操作。输出缓冲区可以同时执行缓存写入，而ALU可以开始处理其他内容

到目前为止，唯一涉及的延迟是CPU和缓存之间的延迟，而不是缓存和主内存之间的延迟

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在现代微处理器中，情况更为复杂，因为它们的缓存被组织成缓存线。当字节值写入缓存线时，必须加载完整的缓存线，因为未重写的缓存线的其他部分必须保留其旧值

阅读 缓存命中：数据从缓存线读取到目标寄存器

缓存未命中：数据从内存移动到缓存，并读取到目标寄存器中

写 缓存命中：数据从寄存器移动到缓存线

缓存未命中：缓存线被提取到缓存中，并且来自寄存器的数据被移动到缓存线

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我不知道有哪个处理器会像你描述的那样进行优化——消除对干净缓存线的写操作，这不会改变值——但这是一个好问题，一个好主意，伟人的想法都是一样的

我写了一个很好的回复，然后我想起了：这在文学中被称为“无声商店”。见“免费无声商店”，K.Lepak和M Lipasti，UWisc，MICRO-332000

无论如何，在我的回复中，我描述了一些实现问题

顺便说一下，像这样的话题经常在USEnet新闻组comp.arch中讨论

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我也在我的维基上写了关于它们的文章，

这是一个非常大的问题，高度依赖于体系结构。下面是一篇英特尔应用程序说明，内容可能与您的任务有关，或者至少有助于您更好地阐述问题：我认为这篇文章没有回答我的问题。我读过很多关于缓存的文章，但没有一篇是关于我的