[发明专利]LLC中Cache行的替换方法

权利要求书

1.一种最后一级高速缓冲存储器LLC中Cache行的替换方法，其特征在于，包括：

如果目标Cache地址在LLC中缺失，根据操作类型计算新调入Cache行的替换优先级，按照替换优先级有序原则，将优先级最高的Cache行换出，并将新调入Cache行存入目标Cache的对应位置；

如果目标Cache地址在LLC中命中，则根据Cache一致性状态和操作类型，更新当前访问Cache行的替换优先级，按照替换优先级有序原则，对当前访问Cache行进行优先级的升降级；

所述替换优先级P的计算方式为：

P＝a₁×c×op+k×a₂+a₃×(1-c)×op，

其中，a₁表示写操作权重，c表示上层Cache中的副本是否已经回写，如果回写，c＝0，否则，c＝1；op表示引起替换的操作类型，写操作对应op＝1，否则op＝0；k表示只读副本数量，其取值不超过共享LLC的处理器核数；a₂表示读操作权重；a₃表示回写操作权重；

所述P值越小，替换优先级越高，发生替换时优先被替换。

2.根据权利要求1所述的最后一级高速缓冲存储器LLC中Cache行的替换方法，其特征在于，所述操作类型包括读操作和写操作；

如果由读操作引起LLC中Cache行替换，新调入Cache行中的P＝2*a₂；

如果由写操作引起LLC中Cache行替换，新调入Cache行中的P＝a₁，其中，a₁大于2*a₂；

如果上层Cache的Cache行发生回写时，P＝a₃，其中，a₃小于2*a₂；

如果上层Cache的Cache行在LLC中存在一个只读副本时，P＝a₂，其中，a₃大于a₂。

3.根据权利要求1所述的最后一级高速缓冲存储器LLC中Cache行的替换方法，其特征在于，所述替换优先级有序原则为：

位于同一Cache中的两个Cache行，分别将该两个Cache行的位置记为i和j，其中i和j具有大小关系；

如果i大于j，则替换优先级Pi大于Pj。

4.根据权利要求1或3所述的最后一级高速缓冲存储器LLC中Cache行的替换方法，其特征在于，所述按照替换优先级有序原则，将优先级最高的Cache行换出，并将新调入Cache行存入目标Cache的对应位置，包括：

如果新调入Cache行的初始替换优先级为大于或等于目标Cache中的一个非LRU位置的Cache行，则将从所述非LRU位置的Cache行至LRU位置的Cache行依次向LRU方向移动一个Cache行的距离，原来位于LRU位置的Cache行被替换，并将新调入Cache行存入所述非LRU位置的Cache行。

5.根据权利要求1所述的最后一级高速缓冲存储器LLC中Cache行的替换方法，其特征在于，所述Cache一致性状态为MESI，处于LLC中的Cache行具有以下共享状态：M态：Cache行仅存于LLC中，上层Cache中无副本；SS态：Cache行同时存在于LLC及上层Cache中，所有数据副本为可读状态；MT态：Cache行同时位于LLC及一个处于互斥操作许可的上层Cache中，并且LLC中的数据在上层Cache中可能被修改过；

处于M态的Cache行发生替换需要回写LLC的数据；处于SS态的Cache行替换时除了需要将LLC中的数据无效外，还需将上层Cache中的只读数据副本无效；处于MT态的Cache行替换时，需首先将上层的修改过的数据回写，然后将所述上层的修改过的数据无效。

6.根据权利要求1或5所述的最后一级高速缓冲存储器LLC中Cache行的替换方法，其特征在于，所述根据Cache一致性状态和操作类型，更新当前访问Cache行的替换优先级，按照替换优先级有序原则，对当前访问Cache行进行优先级的升降级，包括：

根据Cache一致性状态的共享副本数的变化和操作类型的读/写操作情况，更新当前访问Cache行的替换优先级；

如果由于Cache一致性状态的共享副本数的变化和操作类型的读/写操作情况，替换优先级发生变化，按照替换优先级有序原则，对当前访问Cache行进行降级或升级。