Wat is een schrijfmisser?

In de context van computergeheugensystemen, met name caches, is er sprake van een schrijffout treedt op wanneer de CPU (of een ander apparaat) gegevens wil schrijven naar een specifieke geheugenlocatie, maar die locatie is momenteel niet aanwezig in de cache .

Hier is een overzicht:

1. Cache opzoeken: Wanneer de CPU naar een specifiek geheugenadres wil schrijven, controleert hij eerst de cache om te zien of daar al een kopie van het overeenkomstige geheugenblok is opgeslagen.

2. Tagvergelijking: De cache gebruikt het geheugenadres om te bepalen welke cacheregel (indien aanwezig) de gevraagde gegevens moet bevatten. Vervolgens vergelijkt het de "tag" die bij die cacheregel hoort, met het relevante deel van het geheugenadres. Als de tags overeenkomen, is het een cachehit; als ze niet overeenkomen, of als de cacheregel leeg is, is het een misser.

3. Schrijf mevrouw: Als de tagvergelijking mislukt (wat betekent dat de gegevens niet in de cache staan), is er een schrijffout komt voor.

Impact op de prestaties van het computersysteem

Schrijffouten kunnen de prestaties van een computersysteem aanzienlijk beïnvloeden, omdat ze vereisen dat het systeem de vereiste gegevens uit het hoofdgeheugen (RAM) ophaalt, wat veel langzamer is dan toegang tot de cache. Hier ziet u hoe:

1. Stallen: Wanneer er een schrijffout optreedt, moet de CPU doorgaans vastlopen (uitvoering pauzeren). Dit komt omdat de CPU de gegevens pas kan schrijven als het overeenkomstige geheugenblok in de cache is geplaatst.

2. Latentie van geheugentoegang: Toegang tot het hoofdgeheugen duurt aanzienlijk langer dan toegang tot de cache. Deze latentie wordt opgeteld bij de totale uitvoeringstijd van het programma.

3. Vervanging van cacheregels: Nadat de vereiste gegevens uit het hoofdgeheugen zijn opgehaald, moet de cache er ruimte voor maken. Vaak gaat het hierbij om het uitzetten (verwijderen) van een bestaande cacheregel om ruimte te maken. De keuze welke regel moet worden verwijderd, wordt bepaald door het cachevervangingsbeleid (bijvoorbeeld Least Recent Used - LRU). Als de verwijderde regel vuil (gewijzigd) was, moet deze terug naar het hoofdgeheugen worden geschreven voordat deze wordt verwijderd, waardoor de latentie verder toeneemt.

4. Meer geheugenverkeer: Schrijfmissers genereren extra verkeer op de geheugenbus, het communicatiekanaal tussen de CPU en het hoofdgeheugen. Toegenomen geheugenverkeer kan tot conflicten leiden en het systeem verder vertragen.

Samengevat verminderen schrijffouten de prestaties als gevolg van:

* CPU loopt vast tijdens het wachten op gegevens uit het hoofdgeheugen.

* De inherente latentie van toegang tot het hoofdgeheugen.

* Mogelijke terugschrijvingen van vuile cacheregels naar het hoofdgeheugen vóór verwijdering.

* Verhoogd verkeer op de geheugenbus.

Strategieën om de impact van schrijffouten te beperken

Er worden verschillende technieken gebruikt om de impact van schrijffouten te minimaliseren:

* Grotere cachegroottes: Een grotere cache heeft een grotere kans om de gegevens te bevatten die nodig zijn voor een schrijfbewerking, waardoor de kans op schrijffouten kleiner wordt.

* Associatieve caches: Met associatieve caches kan een geheugenblok in een van de verschillende cacheregels worden geplaatst, waardoor de kans op conflictmissers wordt verkleind (waarbij meerdere geheugenblokken strijden om dezelfde cachelocatie).

* Schrijfbuffers: Schrijfbuffers zijn kleine, snelle opslaggebieden die tijdelijk gegevens bevatten die wachten om naar het hoofdgeheugen te worden geschreven. De CPU kan de gegevens naar de schrijfbuffer schrijven en doorgaan met verwerken, terwijl de schrijfbuffer de gegevens asynchroon overbrengt naar het hoofdgeheugen. Dit verbergt een deel van de latentie van schrijfbewerkingen in het hoofdgeheugen.

* Write-Through versus terugschrijfcaches:

* Write-through-caches: Bij elke schrijfbeurt naar de cache wordt ook het hoofdgeheugen onmiddellijk bijgewerkt. Dit vereenvoudigt het cache-coherentieprotocol, maar kan aanzienlijk geheugenverkeer genereren.

* Write-back caches: Er worden in eerste instantie alleen schrijfbewerkingen naar de cache uitgevoerd. De cacheregel is gemarkeerd als 'vuil'. De gegevens worden alleen teruggeschreven naar het hoofdgeheugen wanneer de cacheregel wordt verwijderd. Dit vermindert het geheugenverkeer, maar vereist complexere cache-coherentieprotocollen.

* Cache-prefetching: Technieken zoals hardware- of softwareprefetching kunnen voorspellen welke gegevens in de toekomst nodig zullen zijn en die gegevens proactief in de cache plaatsen, waardoor schrijffouten mogelijk worden vermeden.

* Gegevenslocatie: Het optimaliseren van code om de gegevenslocatie te verbeteren (het dicht bij elkaar houden van gerelateerde gegevens in het geheugen) kan de kans op cachehits vergroten en het aantal schrijffouten verminderen.