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cache的替换算法对命中率的影响。 当新的主存块需要调入cache并且它的可用空间位置又被占满时,需要替换掉cache的数据,这就产生了替换策略(算法)问题。根据程序局部性规律可知:程序在运行中,总是频繁地使用那些最近被使用过的指令和数据。这就提供了替换策略的理论依据。 替换算法目标就是使cache获得最高的命中率。cache替换算法是影响代理缓存系统性能的一个重要因素 ,一个好的cache替换算法可以产生较高的命中率。常用算法如下:
(1)随机法(rand法) 随机替换算法就是用随机数发生器产生一个要替换的块号,将该块替换出去,此算法简单、易于实现,而且它不考虑cache块过去、现在及将来的使用情况,但是没有利用上层存储器使用的“历史信息”、没有根据访存的局部性原理,故不能提高cache的命中率,命中率较低。
(2)先进先出法(fifo法) 先进先出(first-in-first-out,fifo)算法。就是将最先进入cache的信息块替换出去。fifo算法按调入cache的先后决定淘汰的顺序,选择最早调入cache的字块进行替换,它不需要记录各字块的使用情况,比较容易实现,系统开销小,其缺点是可能会把一些需要经常使用的程序块(如循环程序)也作为最早进入cache的块替换掉,而且没有根据访存的局部性原理,故不能提高cache的命中率。因为最早调入的信息可能以后还要用到,或者经常要用到,如循环程序。此法简单、方便,利用了主存的“历史信息”, 但并不能说最先进入的就不经常使用,其缺点是不能正确反映程序局部性原理,命中率不高,可能出现一种异常现象。
(3)近期最少使用法(lru法) 近期最少使用(least recently used,lru)算法。这种方法是将近期最少使用的cache中的信息块替换出去。该算法较先进先出算法要好一些。但此法也不能保证过去不常用将来也不常用。 lru法是依据各块使用的情况,总是选择那个最近最少使用的块被替换。这种方法虽然比较好地反映了程序局部性规律,但是这种替换方法需要随时记录cache中各块的使用情况,以便确定哪个块是近期最少使用的块。lru算法相对合理,但实现起来比较复杂,系统开销较大。通常需要对每一块设置一个称为计数器的硬件或软件模块,用以记录其被使用的情况。
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