前言

对于Cache、Cache一致性、内存一致性、内存屏障、原子操作等话题，涉及到很多处理器体系结构的细节，比较难懂。本文不会系统的分析这些问题，一是水平有限，二是工作量太大，三是目前已经有相关的高质量书籍和网络资料。所以本文着力收集一些相关话题的高质量的资料，并分享出来。同时，在浏览相关资料时，对于部分知识点会做一些摘记。

1 相关书籍分享

perfbook，经典书籍，无需多说。这本书全名为Is Parallel Programming Hard, And, If So, What Can You Do About It?，中文译本为深入理解并行编程，如果英文阅读有困难，可以参照中译本看。

2 高质量的网络资料分享

2.1 一个高质量的知乎专栏

高速缓存与一致性专栏索引。该专栏的系列文章对Cache及相关话题的讲解和分析非常好，并配有大量的图示，强烈推荐！

3 知识点摘记

3.1 VIPT Cache的歧义和别名问题

3.1.1 VIPT Cache不存在歧义

不妨设32位地址线，物理页的大小为4KB，则将Tag选为物理地址的bit[31:12]。现在进程1和进程2的虚拟地址A分别映射到不同的物理地址（说明虚拟地址A所在的虚拟页分别映射到不同的物理页）：

3.1.2 VIPT Cache的别名问题与解决方案

不妨设物理页为4KB，Cache采用多路组相联的结构。

对于VIPT Cache，并不是总存在别名问题，先说不存在别名问题的情况：一路缓存的大小不超过物理页的大小。因为此时index必然位于bit[11:0]，这部分的物理地址和虚拟地址是相等的，即VI==PI，进而VIPT==PIPT，因此这种情况不存在别名问题。

那么，为什么一路缓存的大小超过物理页大小就会引发别名问题呢？我们用一个具体的例子来说明：不妨设一路缓存8KB，共512组，即每个cache line16字节。如下图所示：

现在，有虚拟地址A和虚拟地址B，它们映射向相同的物理内存，也就是说A和B所在的虚拟页映射向同一个物理页。由于物理地址相同，因此Tag是相同的。此时是否会产生别名问题，关键看index，更确切的说，关键看index的最高位，即虚拟地址的bit12，具体用下图说明：

现在，别名问题的产生搞清楚了。接下来就说一说如果采用VIPT Cache，且一路缓存的大小超过物理页的大小时，如何避免别名。其实从上图就可以知道，这种情况不一定会产生别名，没有别名的两种情况很容易让人联想到一个词：对齐。没错了，解决方案就是分配地址时，返回的虚拟地址按照一路内存的大小对齐，对于本例来说就是按照8KB对齐。此时，虚拟地址A和虚拟地址B的index是相等的，又因为映射到相同的物理地址，所以Tag也是相等的，当然也就没有别名问题了。

参考文献

参考文献即为上文中提到的书籍和网络资料。