并行文件系统的特点 计算机科学基础知识(一)The Memory Hierarc(8)

对于ARM而言，随着技术进步，MMU的翻译速度提高了，在cache 用index查找cache set的过程中MMU已经可以完成虚拟地址到物理地址的转换工作，因此在cache比较tag的时候物理地址已经可以使用了，就是说采用 physical tag可以和cache并行工作，不会影响cache的速度。因此，在新的ARM构建中（如ARMv6和ARMv7中），采用了VIPT的方式。

5、cache alias

在linux内核中可能有这样的场景：同一个物理地址被映射到多个不同的虚拟地址上。在这样的场景下，我们可以研究一下cache是如何处理的。

对于PIPT，没有alias，因为cache set selection和tag匹配都是用物理地址，对于一个物理地址，cache中只会有一个cache line的数据与之对应。

对于VIPT的cache system，虽然在匹配tag的时候使用physical address tag，但是却使用virtual address的set index进行cache set查找，这时候由于使用不同的虚拟地址而导致多个cache line针对一个物理地址。对于linux的内存管理子系统而言，virtual address space是通过4k的page进行管理的。对于物理地址和虚拟地址，其低12 bit是完全一样。 因此，即使是不同的虚拟地址映射到同一个物理地址，这些虚拟地址的低12bit也是一样的。在这种情况下，如果查找cache set的index位于低12 bit的范围内，那么alais不会发生，因为不同的虚拟地址对应同一个cache line。当index超过低12 bit的范围，就会产生alais。在实际中，cache line一般是32B，占5个bit，在VIPT的情况下，set index占用7bit（包括7bit）一下，VIPT就不存在alias的问题。在我接触到的项目中，ARM的16K cache都是采用了128个cache set，也就是7个bit的set index，恰好满足了no alias的需求。

对于VIVT，cache中总是存在多于一个的cache line 包含这个物理地址的数据，总是存在cache alias的问题。

cache alias会影响cache flush的接口，特别是当flush某个或者某些物理地址的时候。这时候，系统软件需要找到该物理地址对应的所有的cache line进行flush的动作。

6、Cache Ambiguity

Cache Ambiguity是指将不同的物理地址映射到相同的虚拟地址而造成的混乱。这种情况下在linux内核中只有在不同进程的用户空间的页面才可能发生。 Cache Ambiguity会造成同一个cache line在不同的进程中代表不同的数据, 切换进程的时候需要进行处理。

对于PIPT，不存在Cache Ambiguity，虽然虚拟地址一样，但是物理地址是不同的。对于VIPT，由于使用物理地址来检查是否cache hit，因此不需要在进程切换的时候flush用户空间的cache来解决Cache Ambiguity的问题。VIVT会有Cache Ambiguity的问题，一般会在进程切换或者exit mm的时候flush用户空间的cache

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