Cache的出现是基于两种因素

Cache的出现是基于两种因素：首先，是由于CPU的速度和性能提高很快而主存速度较低且价格高，第二就是程序执行的局部性特点。因此，才将速度比较快而容量有限的SRAM构成Cache，目的在于尽可能发挥CPU的高速度。很显然，要尽可能发挥CPU的高速度就必须

用硬件实现其全部功能。

Cache与主存之间可采取多种地址映射方式，直接映射方式是其中的一种。在这种映射方式下，主存中的每一页只能复制到某一固定的Cache页中。由于Cache块(页)的大小为16B，而Cache容量为16KB。因此，此Cache可分为1024页。可以看到，Cache的页内地址只需4位即可表示；而Cache的页号需用10位二进制数来表示；在映射时，是将主存地址直接复制，现主存地址为1234E8F8(十六进制)，则最低4位为Cache的页内地址，即1000，中间10位为Cache的页号，即1010001111。Cache的容量为16KB决定用这14位编码即可表示。题中所需求的Cache的地址为10100011111000。

Cache中的内容随命中率的降低需要经常替换新的内容。替换算法有多种，例如，先入后出(FILO)算法、随机替换(RAND)算法、先入先出(FIFO)算法、近期最少使用(LRU)算法等。这些替换算法各有优缺点，就以命中率而言，近期最少使用(LRU)算法的命中率最高。

浏览器缓存

缓存用于存储一些临时的文件。在浏览网页的过程中，网页会自动存储在用户的硬盘上。下次再浏览相同的网站的时候，系统会自动从硬盘中调出该网页，既节省了时间也减少了网络的交换。用户可以自行设定缓存方便其上网的需要。电脑中还存在高速缓冲存储器和硬盘缓存。缓存的种类：本地服务器缓存、网页缓存、硬盘缓存、一级高速缓存、二级高速缓存。

cache是一个高速小容量的临时存储器，可以用高速的静态存储器芯片实现，或者集成到CPU芯片内部，存储CPU最经常访问的指令或者操作数据。

cache的基本原理

CPU与cache之间的数据交换是以字为单位，而cache与主存之间的数据交换是以块为单位。一个块由若干定长字组成的。当CPU读取主存中一个字时，便发出此字的内存地址到cache和主存。此时cache控制逻辑依据地址判断此字当前是否在cache中：若是，此字立即传送给CPU；若非，则用主存读周期把此字从主存读出送到CPU，与此同时，把含有这个字的整个数据块从主存读出送到cache中。由始终管理cache使用情况的硬件逻辑电路来实现LRU替换算法

由于主存容量远大于高速缓存的容量，因此两者之间就必须按一定的规则对应起来。高速缓存的地址镜像就是指按什么规则把主存块装入高速缓存中。地址变换是指当按某种镜像方式把主存块装入高速缓存后，每次访问高速缓存时，如何把主存的物理地址或虚拟地址变换成高速缓存的地址，从而访问高速缓存中的数据。

镜像和变换的方式有四种：直接镜像、全相连镜像、组相连镜像、区段相连镜像。

（1）全相联映射方式

主存中一个块的地址与块的内容一起存于cache的行中，其中块地址存于cache 行的标记部分中。

这种方法可使主存的一个块直接拷贝到cache中的任意一行上，非常灵活。

它的主要缺点是比较器电路难于设计和实现,因此只适合于小容量cache采用。

（2）直接映射方式

这也是一种多对一的映射关系，但一个主存块只能拷贝到cache的一个特定行位置上去。

cache的行号i和主存的块号j有如下函数关系：?i=j mod m（m为cache中的总行数）?

直接映射方式的优点是硬件简单，成本低。

缺点是每个主存块只有一个固定的行位置可存放,容易产生冲突。因此适合大容量cache采用。

（3）组相联映射方式

这种方式是前两种方式的折衷方案。它将cache分成u组，每组v行，主存块存放到哪个组是固定的，至于存到该组哪一行是灵活的，即有如下函数关系：m＝u×v 组号q＝j mod u

组相联映射方式中的每组行数v一般取值较小，这种规模的v路比较器容易设计和实现。而块在组中的排放又有一定的灵活性,冲突减少。[1][2]Buffer和Cache的区别

buffer与cache操作的对象就不一样。

buffer（缓冲）是为了提高内存和硬盘（或其他I/0设备）之间的数据交换的速度而设计的。

cache（缓存）是为了提高cpu和内存之间的数据交换速度而设计，也就是平常见到的一级缓存、二级缓存、三级缓存等。

cpu在执行程序所用的指令和读数据都是针对内存的，也就是从内存中取得的。由于内存读写速度慢，为了提高cpu和内存之间数据交换的速度，在cpu和内存之间增加了cache，它的速度比内存快，但是造价高，又由于在cpu内不能集成太多集成电路，所以一般cache比较小，以后intel等公司为了进一步提高速度，又增加了二级cache，甚至三级cache，它是根据程序的局部性原理而设计的，就是cpu执行的指令和访问的数据往往在集中的某一块，所以把这块内容放入cache后，cpu就不用在访问内存了，这就提高了访问速度。当然若cache中没有cpu所需要的内容，还是要访问内存的。

缓冲（buffers）是根据磁盘的读写设计的，把分散的写操作集中进行，减少磁盘碎片和硬盘的反复寻道，从而提高系统性能。linux有一个守护进程定期清空缓冲内容（即写入磁盘），也可以通过sync命令手动清空缓冲。举个例子吧：我这里有一个ext2的U盘，我往里面copy一个3M的MP3，但U盘的灯没有跳动，过了一会儿（或者手动输入sync）U盘的灯就跳动起来了。卸载设备时会清空缓冲，所以有些时候卸载一个设备时要等上几秒钟。

修改/etc/sysctl.conf中的vm.swappiness右边的数字可以在下次开机时调节swap 使用策略。该数字范围是0～100，数字越大越倾向于使用swap。默认为60，可以改一下试试。--两者都是RAM中的数据。

简单来说，buffer是即将要被写入磁盘的，而cache是被从磁盘中读出来的。

buffer是由各种进程分配的，被用在如输入队列等方面。一个简单的例子如某个进程要求有多个字段读入，在所有字段被读入完整之前，进程把先前读入的字段放在buffer中保存。

cache经常被用在磁盘的I/O请求上，如果有多个进程都要访问某个文件，于是该文件便被做成cache以方便下次被访问，这样可提高系统性能。

公共方法

Add将指定项添加到Cache 对象，该对象具有依赖项、过期和优先级策略以及一个委托（可用于在从Cache 移除插入项时通知应用程序）。

Equals（从Object 继承）已重载。确定两个Object 实例是否相等。

Get从Cache 对象检索指定项。

GetEnumerator检索用于循环访问包含在缓存中的键设置及其值的字典枚举数。

GetHashCode（从Object 继承）用作特定类型的哈希函数，适合在哈希算法和数据结构（如哈希表）中使用。

GetType（从Object 继承）获取当前实例的Type。

Insert已重载。向Cache 对象插入项。使用此方法的某一版本改写具有相同key 参数的现有Cache 项。

Remove从应用程序的Cache 对象移除指定项。

ToString（从Object 继承）返回表示当前Object 的String。

public object Add(

string key,

object value,

CacheDependency dependencies,

DateTime absoluteExpiration,

TimeSpan slidingExpiration,

CacheItemPriority priority,

CacheItemRemovedCallback onRemoveCallback

);

参数

key

用于引用该项的缓存键。

value

要添加到缓存的项。

dependencies

该项的文件依赖项或缓存键依赖项。当任何依赖项更改时，该对象即无效，并从缓存中移除。如果没有依赖项，则此参数包含空引用（Visual Basic 中为Nothing）。

absoluteExpiration

所添加对象将过期并被从缓存中移除的时间。

slidingExpiration

最后一次访问所添加对象时和该对象过期时之间的时间间隔。如果该值等效于20 分钟，则对象在最后一次被访问20 分钟之后将过期并从缓存中移除。

priority

对象的相对成本，由CacheItemPriority 枚举表示。缓存在退出对象时使用该值；具有较低成本的对象在具有较高成本的对象之前被从缓存移除。

onRemoveCallback

在从缓存中移除对象时所调用的委托（如果提供）。当从缓存中删除应用程序的对象时，可使用它来通知应用程序。

示例

public void AddItemToCache(Object sender, EventArgs e) {

itemRemoved = false;

onRemove = new CacheItemRemovedCallback(this.RemovedCallback);

if (Cache["Key1"] == null)

Cache.Add("Key1", "Value 1", null, DateTime.Now.AddSeconds(60), TimeSpan.Zero, CacheItemPriority.High, onRemove);

CPU对cache的写入更改了cache的内容，如何与主存保持一致有几种写操作工作方式可供选择，统称为写策略。

(1)回写法：

当CPU对cache写命中时，只修改cache的内容不立即写入主存，只当此行被换出时菜写回主存。对一

cache行的多次写命中都在cache中快速完成修改，直至被换出时才写回主存。当CPU对cache写未命中

时，为包含欲写的主存块在cache分配一行，将此块整个复制到cache后，在cache 中对其进行修改。此

方法可显著减少写入主存的次数，但回写法存在cache与主存不一致的隐患。

(2)全写法：

当写cache命中时，cache与主存同时发生修改，当写cache未命中时，直接向主存进行写入。但是cache

在CPU向主存的写操作中没有起到高速缓存的作用，从而降低了cache的功效。

(3)写一次法：

是结合上面两种方法的策略。写命中与写未命中的处理方法与回写法基本相同，只是第一次写命中时要

同时写入主存，这便于维护系统全部cache的一致性。