原创 Cache 的write back和write through【ZT】

为了保证cache和memory的数据一致性，通常有三种方法：

1〉write through：CPU向cache写入数据时，同时向memory也写一份，使cache和memory的数据保持一致。优点是简单，缺点是每次都要访问memory，速度比较慢。

2〉post write：CPU更新cache数据时，把更新的数据写入到一个更新缓冲器，在合适的时候才对memory进行更新。这样可以提高cache访问速度，但是，在数据连续被更新两次以上的时候，缓冲区将不够使用，被迫同时更新memory。

3〉write back：ＣＰＵ更新cache时，只是把更新的cache区标记一下，并不同步更新memory。只是在cache区要被新进入的数据取代时，才更新memory。这样做的原因是考虑到很多时候cache存入的是中间结果，没有必要同步更新memory。优点是CPU执行的效率提高，缺点是实现起来技术比较复杂。
     
   对于cache的算法。大方面有两种，Write-Through(通写)和Write-Back(回写).    Write-Through，也就是说OS发送的处理data的请求，一直要等到全部memory里面的data正确写到稳定存储media(如硬盘)中，然后返回给OS报告处理完毕，然后OS才会去update其状态;这种情况下，通常不会有dirty cache.      而Write-Back,就是在OS发送处理data的请求后，该算法会将它用buffer存起来，并在没有正确写到稳定存储media(如硬盘)中前，就告诉OS处理完毕，然后OS就会去update；但是要是此时掉电或其他故障，buffer的数据没有被写入稳定存储media(如硬盘)，那么os update的信息就和media中的信息不一致.为了避免这样，所以才用NVRAM，它在调电后数据仍然不丢失，但是在被重新上电后，其数据会是dirty的，也就是楼主所提到的dirty cache(如何将dirty cache更新到media，这是Write-Back应该做的事)。    这和买卖东西相似，Write-Through就相当于你亲自去买东西，你买到什么就可以亲手拿到；而Write-Back就和中介差不多，你给了中介钱，然后它告诉你说你的东西买到了，然后就相信拿到这个东西了，但是要是出现特殊情况中介跑了(掉链子了)，你再去检查，东西原来没有真正到手。
 

1.Cache的两个类型
    --Write Through
    当写数据进Cache时，也同时更新了相应的Memory里的内容
    --Write back
    只是写到Cache里，Memory的内容要等到cache保存的要被别的数据替换或者系统做cache flush时，才会被更新。

2.Cache的两个函数
    --Flush
    把Cache内容写回Memory,当Cache为Write through,不需要Flush
    --Invalidate
    把Cache内容直接丢掉不要。

3.Cache的使用场合
    当有DMA在使用memory的时候，一般要用到cache的处理。因为DMA在访问memory时是不经过cache的。比较典型的比如在Ethernet，wireless,USB等driver里，DMA会操作descriptors和packet buffers,Driver要做这些处理
    --如果driver使用descripter和packet buffer的地址都是cache的地址，那么
    a).Driver在读descripter里一些状态比如Owned by CPU/DMA,有没有收到包时，要对descripter当前结构里的内容做cache invalidate,收到packet后，也要对packet buffer做cache invalidate
    b).Driver在写descripter里一些状态比如Owned by DMA,要发送包时，要对descripter当前结构里的内容做cache flush,发送packet时，也要对packet buffer做cache flush
    --有些driver会对descripter使用uncache 地址，那么上面两种情况里invalidate/flush就不用做了。一般很少会对packet buffer也用uncache地址的，因为对packet内容的处理将会很频繁，使用uncache会很慢。而descripter一般由于结构比较小，如果也使用cache地址的话，做invalidate/flush的时间消耗可能会比uncache的还要多。