菜鸟笔记CPU多级缓存
主内存（RAM）：也就是所谓的内存条，一般当数据写入电脑磁盘的时候需要先写入主内存，然后再写入磁盘。
系统主线：连接系统cpu和主内存的系统主线，就比如台式电脑连接主板上连接cpu和内存条的主线。
如下图所示最简单的高速缓存的配置，数据的读取和存储都经过高速缓存，CPU核心与高速缓存有一条特殊的快速通道；主存和高速缓存都连在系统总线上，这条总线还用于其他组件的通信。
高速缓存出现不久，系统变得越来越复杂，高速缓存与主存之间的速度差异被拉大，直到加入了另一级缓存，新加入的这级缓存比第一缓存更大，而且更慢，而且经济上不合适，所以有了二级缓存，甚至是三级缓存。
一、为什么需要CPU多级缓存
再计算机最开始的时候，cpu直接于主内存交换数据，不知道读者对摩尔定律有没有印象：当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍，由于cpu性能日新月异的增长，远高于主内存读写，而需要等待主内存，这样发挥不了多核cpu高性能的优势，于是便增加了cpu多级缓存，在现在电脑的任务管理器也是看的到的：
二、CPU缓存的意义：
1)时间局部性：如果某个数据被访问，那么在不久的将来它很有可能会被再次访问。
2)空间局部性：如果某个数据被访问，那么与它相邻的数据很快也能被访问。
缓存一致性（MESI）协议
为了保证多核cpu各个缓存的数据的一致性。
CPU中每个缓存行使用四种状态进行标记。
M：Modified 修改：指的是该缓存行只被缓存在该CPU缓存中，并且是被修改过的，因此他与主存的数据是不一致的，该缓存行中的数据需要在未来的某个时间点（允许其他CPU读取主存相应的内容之前）写回主存，然后状态变成E（独享）。
E ：Exclusive 独享：缓存行只被缓存在该CPU的缓存中，是未被修改过的，与主存的数据是一致的，可以在任何时刻当有其他CPU读取该内存时，变成S（共享）状态，当CPU修改缓存行的内容时，变成M（修改）的状态。
S ：Share 共享：意味着该缓存行可能被多个CPU进行缓存，并且该缓存中的数据与主存数据是一致的，当有一个CPU修改该缓存行时，其他CPU是可以被作废的，变成I（无效的）。
I ：Invalid 无效的：代表这个缓存是无效的，可能是有其他CPU修改了该缓存行。
对应的四个操作
local read：读本地缓存
local write：写本地缓存
remote read：将内存中的数据读取过来
remote write：将数据写回主存
注意：
对于M和E状态而言总是精确的，他们在和该缓存行的真正状态是一致的，而S状态可能是非一致的。如果一个缓存将处于S状态的缓存行作废了，而另一个缓存实际上可能已经独享了该缓存行，但是该缓存却不会将该缓存行升迁为E状态，这是因为其它缓存不会广播他们作废掉该缓存行的通知，同样由于缓存并没有保存该缓存行的copy的数量，因此（即使有这种通知）也没有办法确定自己是否已经独享了该缓存行。
从上面的意义看来E状态是一种投机性的优化：如果一个CPU想修改一个处于S状态的缓存行，总线事务需要将所有该缓存行的copy变成invalid状态，而修改E状态的缓存不需要使用总线事务。