当前位置：首页 > news >正文

缓存与内存；缺页中断；缓存映射：组相联

news 来源：原创 2025/7/16 15:35:18

文章目录

内存（RAM）与缓存（Cache）
Memory Management Unit
- - 缺页中断
多级缓存
- - 缓存替换策略
  - 缓存的映射方式

内存（RAM）与缓存（Cache）

缓存： CPU 内部或非常靠近的高速存储，超快
内存（Random Access Memory）：是磁盘的缓存【纳秒】
磁盘：
- 固态硬盘 SSD：Solid State Drive 【微秒】
- 机械硬盘 HDD：Hard Disk Drive 【毫秒】

CPU Register（寄存器）   ← 几十个字节，最快
↓
L1 Cache（一级缓存）     ← KB 级，纳秒级访问
↓
L2/L3 Cache
↓
RAM（内存）              ← GB 级，百纳秒级访问
↓
SSD / HDD（磁盘）        ← 秒级或毫秒级访问

Cache 是用专用的高速 SRAM（静态随机存储器）芯片实现的，属于硬件。

通常直接集成在 CPU 核心内部或周围。

L1 Cache， L2 Cache 通常在核内部或旁边，每个核心一个

L3 Cahce 在核外，是多个核共享的。

Memory Management Unit

MMU（Memory Management Unit，内存管理单元）

缺页中断

Page Fault

当CPU 通过虚拟地址访问内存时，会通过 MMU 将虚拟地址转换为物理地址。
如果某个虚拟页当前没有映射到物理内存中，MMU 就会触发一个缺页中断（Page Fault），交由操作系统处理。

原因：

未分配：程序第一次访问一个尚未分配物理内存的虚拟页。
该页被置换到磁盘了：操作系统为了节省内存，把部分不活跃页换出到磁盘，访问时需重新加载。
访问权限错误：如对只读页进行写操作
非法访问：不属于该进程的

处理流程：

CPU 检测到缺页，触发中断。
中断处理器进入内核态，调用页错误处理函数。
操作系统根据页表和进程内存映射信息判断缺页原因。
如果是合法访问（页在磁盘 swap 中），则从磁盘读入物理页。
如果是不合法访问（野指针、非法地址等），则发送 SIGSEGV 信号给进程，通常导致程序崩溃。
更新页表
恢复用户态

软缺页（Minor Page Fault）
虚拟页尚未映射，但实际数据已在内存中（如共享页）
硬缺页（Major Page Fault）
页不在内存中，必须从磁盘读取。

多级缓存

Multi-level Cache

缓存（Cache）是介于 CPU 和主存（RAM）之间的高速存储器

CPU 在访问数据时，依次查询：

L1 → L2 → L3 → RAM → 磁盘

一旦某级缓存命中，就不再往后找（称为 Cache Hit），否则就是 Miss，继续向后查询。

缓存替换策略

Cache Replacement Policy

LRU（Least Recently Used）最少使用
FIFO（First-In First-Out）先进先出
LFU（Least Frequently Used）最不常用
Random 随机替换
CLOCK 算法（近似 LRU）

缓存的映射方式

缓存到哪个位置呢？

直接映射（Direct-Mapped Cache）【一路组相联】
每个内存块只能映射到缓存中的一个固定位置。冲突失效高
全相联（Fully Associative Cache）
每个内存块可以放到缓存中的任意位置。但查找需要遍历所有缓存块
组相联缓存（Set-Associative Cache）
把缓存划分为多个集合（Set），每个集合中有多个块（line）。
一个内存块可以映射到某个集合中任意一个块。

二路组相联

假设缓存有 8 个块，划分为 4 个集合，每个集合有 2 个块：

Cache：
Set 0: [块0, 块1]
Set 1: [块2, 块3]
Set 2: [块4, 块5]
Set 3: [块6, 块7]

某个地址会通过 hash 函数（如地址 % 4）映射到某个 Set。
在Set内自由放置，如果已满，则使用替换策略。

缓存与内存；缺页中断；缓存映射：组相联

文章目录内存（RAM）与缓存（Cache）Memory Management Unit缺页中断多级缓存缓存替换策略缓存的映射方式内存（RAM）与缓存（Cache） 缓存： CPU 内部或非常靠近的高速存储&a…...

编程日记 2025/7/16 15:35:18

文章题目：Global, regional, and national burdens of early onset pancreatic cancer in adolescents and adults aged 15-49 years from 1990 to 2019 based on the Global Burden of Disease Study 2019: a cross-sectional stud DOI：10.1097/JS9.000…...

编程日记 2025/7/16 14:15:09

路由交换网络专题 | 第六章 | OSPF | BGP | BGP属性 | 防环机制

目录拓扑图 （1）AS 400 内部使用 OSPF 路由协议，使 PC2 访问 PC3 的路径优先选择 AR2-AR4-AR3。 （2）AS 400 内部使用 RIP 路由协议，使 PC2 访问 PC3 的路径优先选择 AR2-AR4-AR3。 （3&#…...

编程日记 2025/7/16 15:10:20

ubuntu 安装 redis server

ubuntu 安装 redis server sudo apt update sudo apt install redis-server The following NEW packages will be installed:libhiredis0.14 libjemalloc2 liblua5.1-0 lua-bitop lua-cjson redis-server redis-toolssudo systemctl start redis-server sudo systemctl ena…...

编程日记 2025/7/4 19:43:10

基于 Spring Boot实现的图书管理系统

Spring Boot图书管理系统详细分析文档 1. 项目概述本文档对基于Spring Boot实现的图书管理系统进行详细分析。该项目是一个典型的Web应用程序，采用了Spring Boot框架，结合MyBatis作为ORM工具，实现了图书信息的管理功能，包括图书…...

编程日记 2025/7/16 14:37:18

gradle可用的下载地址(免费)

这几天接手一个老项目，想找gradle老版本的，但一搜，虽然在CSDN上搜索出来一堆，但都是收费，有些甚至要几十积分(吃相有点难看了)。我找了一个能访问的地址，特地分享出来，有需要的自取&#xff01…...

编程日记 2025/7/16 14:57:45

发送百度地图的定位

在vuephp写的聊天软件项目中，增加一个发送百度地图的定位功能在 Vue PHP 的聊天软件中增加发送百度地图定位功能，需要从前端定位获取、地图API集成、后端存储到消息展示全流程实现。以下是详细步骤： 一、前端实现（Vue/Uni-app…...

编程日记 2025/7/15 1:30:29

滑动窗口学习

2090. 半径为 k 的子数组平均值题目问题分析给定一个数组 nums 和一个整数 k，需要构建一个新的数组 avgs，其中 avgs[i] 表示以 nums[i] 为中心且半径为 k 的子数组的平均值。如果在 i 前或后不足 k 个元素，则 avgs[i] 的值为 -1。思路…...

编程日记 2025/7/16 15:28:21

python数据分析（二）：Python Pandas索引技术详解

Python Pandas索引技术详解：从基础到多层索引 1. 引言 Pandas是Python数据分析的核心库，而索引技术是Pandas高效数据操作的关键。良好的索引使用可以显著提高数据查询和操作的效率。本文将系统介绍Pandas中的各种索引技术，包括基础索引、位…...

编程日记 2025/7/7 14:01:39

（15）VTK C++开发示例 --- 生成随机数的首选方法

文章目录 1. 概述2. CMake链接VTK3. main.cpp文件4. 演示效果更多精彩内容👉内容导航 👈👉VTK开发 👈 1. 概述 vtkMinimalStandardRandomSequence 是 VTK（Visualization Toolkit）库中的一个类，…...

编程日记 2025/7/15 1:38:00

华为S系列交换机CPU占用率高问题排查与解决方案

问题概述在华为S系列交换机(V100&V200版本)运行过程中，CPU占用率过高是一个常见问题，可能导致设备性能下降甚至业务中断。根据华为官方维护宝典，导致CPU占用率高的主要原因可分为四大类：网络攻击、网络震荡、网络环路和硬件…...

编程日记 2025/7/16 14:53:44

为啥低速MCU单板辐射测试会有200M-1Ghz的辐射信号

低速MCU（如8位或16位单片机）单板在辐射测试中出现 200MHz~1GHz的高频辐射信号，看似不合理，但实际上是由多种因素共同导致的。以下是详细原因分析及解决方案： 1.根本原因分析: (1) 时钟谐波与开关噪声低速MCU的时钟谐…...

编程日记 2025/7/12 8:54:59

docker本地虚拟机配置

docker 下载安装 yum install -y docker 如果报错 mv /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo.backup curl -o /etc/yum.repos.d/CentOS-Base.repo http://mirrors.aliyun.com/repo/Centos-7.repo yum clean all yum makecache 修改docker 仓…...

编程日记 2025/7/14 1:14:58

【随机过程】柯尔莫哥洛夫微分方程总结

柯尔莫哥洛夫微分方程：用“水流扩散”理解概率演化 1. 核心思想柯尔莫哥洛夫微分方程（Kolmogorov Equations）是描述**连续时间马尔可夫过程（CTMC）**中概率分布随时间演化的工具。前向方程（Fokker-Planc…...

编程日记 2025/7/16 15:12:40

AI领域：MCP 与 A2A 协议的关系

一、为何会出现MCP和A2A 协议是非常重要的东西，只有大家都遵循统一的协议，整体生态才好发展，正如有了HTML，互联网才快速发展，有了OpenAPI， API才会快速发展。 Agent目前是发展最快的领域，从最初…...

编程日记 2025/7/12 5:46:17

重学React（一）：描述UI

背景：React现在已经更新到19了，文档地址也做了全面的更新，上一次系统性的学习还是在16-17的大版本更新。所以，现在就开始重新学习吧～ 学习内容： React官网教程：https://zh-hans.react.dev/lea…...

编程日记 2025/7/16 14:57:44

代理模式（Proxy Pattern）详解：以延迟加载图片为例

在日常开发中，是否遇到过以下问题： “程序启动时图片太多，加载太慢！” “用户还没看到图片就已经开始加载了，性能浪费！” 此时，代理模式（Proxy Pattern）便派上了用场。本…...

编程日记 2025/7/16 5:29:04

Power BI企业运营分析——数据大屏搭建思路

Power BI企业运营分析——数据大屏搭建思路欢迎来到Powerbi小课堂，在竞争激烈的市场环境中，企业运营分析平台成为提升竞争力的核心工具。整合多源数据，实时监控关键指标，精准分析业务，快速识别问题机遇。其可视化看…...

编程日记 2025/7/16 14:39:49

HCIP-H12-821 核心知识梳理（5）

Portal 认证场景中 AC 与 Portal 服务器通信使用的 Portal 协议基于 TCP；HTTP/HTTPS 可作为接入与认证协议；缺省情况下，接入设备处理 Portal 协议报文及向 Portal 服务器主动发送报文的目的端口号均为 50100 VRRP 协议心跳报文缺省发送间隔为…...

编程日记 2025/7/16 1:45:02

从M个元素中查找最小的N个元素时，使用大顶堆的效率比使用小顶堆更高，为什么？

我们有一个长度为 M 的数组，现在我们想从中找出最小的 N 个元素。例如： int a[10] {12, 3, 5, 7, 19, 0, 8, 2, 4, 10};从中找出最小的 4 个元素。正确方法：使用大小为 N 的「大顶堆」原因分析： 我们想保留最小的 4 个元素…...

编程日记 2025/7/16 15:18:05

【AI工具】2025年主流自动化技术（供参考）

背景前面完成了AutoIT的自动化操作的尝试，有惊喜有惊吓，就是能进行自动化控制，但是有点“笨”，于是就想找找同类好用的技术，有了这篇自动化技术比较分析的文档，资料参考了AI总结的内容。 autoit的使用&am…...

编程日记 2025/7/16 15:02:57

1.微服务拆分与通信模式

目录一、微服务拆分原则与策略业务驱动拆分方法论 • DDD（领域驱动设计）中的限界上下文划分 • 业务功能正交性评估（高内聚、低耦合） 技术架构拆分策略 • 数据层拆分（垂直分库 vs 水平分表） • 服务粒…...

编程日记 2025/7/15 1:38:01

【Java面试笔记：基础】4.强引用、软引用、弱引用、幻象引用有什么区别？

1. 引用类型及其特点强引用（Strong Reference）：定义：最常见的引用类型，通过new关键字直接创建。回收条件：只要强引用存在，对象不会被GC回收。示例：Object obj = new Object(); // 强引用特点：强引用是导致内存泄漏的常见原因（如未及时置为null）。手动断开引用：…...

编程日记 2025/7/16 7:10:23

使用Python+OpenCV将多级嵌套文件夹下的视频文件抽帧为JPG图片

使用PythonOpenCV将多级嵌套文件夹下的视频文件抽帧为JPG图片 import os import cv2 import time# 存放视频文件的多层嵌套文件夹路径 videoPath D:\\videos\\ # 保存抽帧的图片的文件夹路径 savePath D:\\images\\if not os.path.exists(savePath):os.mkdir(savePath) vide…...

编程日记 2025/7/7 2:26:35

基于STM32的室内环境监测系统

目录一、前言二、项目功能说明三、主要元器件四、接线说明五、原理图与PCB 六、手机APP 七、完整资料一、前言项目成品图片： 哔哩哔哩视频链接： 咸鱼商品链接： 基于STM32的室内环境监测系统商品链接二、项目功能说明基础功…...

编程日记 2025/7/15 19:45:51

乐迪电玩发卡查分与控制面板模块逻辑解析

本篇为《美乐迪电玩全套系统搭建》系列的第四篇，聚焦后台功能模块中的发卡与查分系统。针对运营侧常见需求（如玩家状态查验、补卡操作、积分调整等），本篇将完整剖析其 PHP 端实现逻辑、数据结构及权限管理机制。一、模块结构与入…...

编程日记 2025/7/16 14:45:58

Spring 事务实现原理，Spring 的 ACID是如何实现的？如果让你用 JDBC 实现事务怎么实现？

Spring 事务实现原理 Spring 的事务管理基于 AOP（面向切面编程） 和代理模式，通过以下核心组件实现： 事务管理器（PlatformTransactionManager） Spring 提供了统一的事务抽象接口（如 DataSource…...

编程日记 2025/7/15 23:45:46

网络原理 - 4（TCP - 1）

目录 TCP 协议 TCP 协议段格式可靠传输几个 TCP 协议中的机制 1. 确认应答 2. 超时重传完！ TCP 协议 TCP 全称为 “传输控制协议”（Transmission Control Protocol），要对数据的传输进行一个详细的控制。 TCP 协议段格…...

编程日记 2025/7/14 6:49:55

SVT-AV1编码器中的模块

一模块列表 1 svt_input_cmd_creator 2 svt_input_buffer_header_creator 3 svt_input_y8b_creator 4 svt_output_buffer_header_creator 5 svt_output_recon_buffer_header_creator 6 svt_aom_resource_coordination_result_creator 7 svt_aom_picture_analysis_result_creat…...

编程日记 2025/7/8 1:41:37