Algoritmi di rimpiazzamento. Algoritmo con rimpiazzamento casuale

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1 Algoritmi di rimpiazzamento Algoritmo con rimpiazzamento casuale In caso di miss con associativita superiore ad 1 il controllore deve determinare quale gruppo deve essere rimpiazzato con il nuovo gruppo proveniente dalla memoria. Algoritmi piu usati: RAND rimpiazza in modo casuale LRU Least Recently Used: rimpiazza tra tutti I gruppi possibili, quello che non e stato utilizzato da piu tempo FIFO First In First Out: rimpiazza il gruppo entrato per primo Di seguito, analizzeremo alcune realizzazioni degli algoritmi RAND e LRU. Cache associativa ad N insiemi composti da L gruppi Ipotesi iniziale: in presenza di miss e piu gruppi non validi nella medesima posizione viene scelto il gruppo piu a sinistra (gruppo prioritario) tra quelli non validi. Necessario un generatore di numeri casuali tra 0 e L-1. Richiede una rete di una certa complessita Soluzione approssimata Ipotesi: I miss si manifestano in modo casuale rispetto a tutti i gruppi di cache. Hardware necessario: contatore modulo L che viene incrementato ogni volta che avviene un miss. F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 1 F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 2 Page 1

2 Algoritmo con rimpiazzamento casuale bit v[n][l]; //validita gruppo g[n][l]; //gruppo //In caso di hit sull insieme i Hit: //nessuna azione; // In caso di miss Miss: if ( esistono gruppi non validi ) j=indice del gruppo prioritario; else j=counter; //Sostituzione del gruppo g[i][j]; counter=(counter+1)%l; v[i][j]=1; Algoritmo LRU Rimpiazza il gruppo che non e stato usato da piu tempo. Per ogni insieme deve essere mantenuta una lista ordinata di riferimenti. Metodo dei contatori di linea: Ad ogni gruppo si associa un contatore e si utilizza per tener traccia dell ordine di riferimento del gruppo. Vantaggi: il metodo realizza un vero algoritmo LRU (non un approssimazione). Svantaggi: molto costoso. Richiede NxL contatori, dove N e il numero di insiemi ed L il numero di gruppi. F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 3 F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 4 Page 2

3 Algoritmo LRU Algoritmo LRU bit v[n][l]; gruppo g[n][l]; int counter[n][l]; //validita //gruppo //contatori // In caso di hit sul gruppo g dell insieme i Hit: for (int j=0; j<l; j++) if (counter[i][j]< counter[i][g]) counter[i][j]= (counter[i][j]+1)%l; counter[i][g]=0; // In caso di miss sull insieme i Miss: if ( esistono gruppi non validi ) g = indice del gruppo prioritario; else g = j tale che counter[i][j]==l-1; for (int j=0; j<l; j++) if (counter[i][j]< counter[i][g]) counter[i][j]= (counter[i][j]+1)%l; counter[i][g]=0; v[i][g]=1; F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 5 F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 6 Page 3

4 Esempio Algoritmo Pseudo-LRU Evento C 0 C 1 C 2 C 3 Bit Val. 0 Iniz Hit (0) Miss Inv (1) Hit (0) Inv (3) Miss Hit (2) Miss Miss Inv (x) = invalida gruppo x Hit (x) = hit sul gruppo x Realizzato nella cache interna dei microprocessori Intel a partire dal modello Cache 80486: 4 gruppi per insieme; Blocchi di dimensione di 16 byte Per ogni insieme vengono utilizzati 3 bit a differenza dell algoritmo precedente che avrebbe richiesto 4 contatori di 2 bit. I tre bit servono a costruire un albero di decisione binario ed individuano il gruppo che non e stato riferito da piu tempo. B 0 ==0 B 0 ==1 B 1 =0 B 1 =1 B 2 =0 B 2 =0 F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 7 F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 8 Page 4

5 Algoritmo Pseudo-LRU Algoritmo Pseudo-LRU B 0 =0 B 0 =1 B 1 =0 B 1 =1 B 2 =0 B 2 =0 Se si ha un hit (in lettura o scrittura) o un miss in lettura, i bit vengono aggiornati nel modo seguente: B 0 = 0 indica che l ultimo accesso e avvenuto o a G2 o a G3. B 0 = 1 indica che l ultimo accesso e avvenuto o a G0 o a G1. B 1 = 0 indica che l ultimo accesso e avvenuto a G1. B 1 = 1 indica che l ultimo accesso e avvenuto a G0. B 2 = 0 indica che l ultimo accesso e avvenuto a G3. B 2 = 1 indica che l ultimo accesso e avvenuto a G2. //In caso di hit vengono aggiornati I bit come descritto precedentemente //In caso di miss Sost. G0 B 0 =1 B 1 =1 Esiste un gruppo non valido Si B 0 == 0 B 1 ==0 B 2 == 0 Sost. G1 B 0 =1 B 1 =0 No No Si No Si No Sost. G2 B 0 =0 B 2 =1 Si Sost. Gruppo Non valido prioritario Sost. G3 B 0 =0 B 2 =0 F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 9 F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 10 Page 5

6 Esempio Algoritmo Pseudo-LRU Problema: l algoritmo pseudo-lru e un approssimazione dell algoritmo LRU. Evento B 0 B 1 B 2 Bit Val. 0 Iniz Hit (0) Miss Inv (1) Hit (0) Inv (3) Miss Hit (2) Miss Miss In caso di miss che sostituisce un gruppo in una delle due coppie di gruppi, per esempio quella di sinistra, l algoritmo pseudo-lru predispone i bit in modo che un miss immediatamente successivo sostituisce un gruppo nella coppia di destra. Esempio: tutte le linee valide 4 hit ai gruppi G0, G1, G2, G3 in successione Stato dei bit 000 Cosa succede se avvengono due miss? 1. Viene sostituito G0 ed I bit aggiornati a Viene sostituito G2 invece di G1 F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 11 F. MARCELLONI Algoritmi di Rimpiazzamento- Slide 12 Page 6