9.3.1 DRAM 缓存的组织结构

为了有助于清晰理解存储层次结构中不同的缓存概念，我们将使用术语 SRAM 缓存来表示位于 CPU 和主存之间的 L1、L2 和 L3 高速缓存，并且用术语 DRAM 缓存来表示虚拟内存系统的缓存，它在主存中缓存虚拟页。

在存储层次结构中，DRAM 缓存的位置对它的组织结构有很大的影响。回想一下，DRAM 比 SRAM 要慢大约 10 倍，而磁盘要比 DRAM 慢大约 100 000 多倍。因此，DRAM 缓存中的不命中比起 SRAM 缓存中的不命中要昂贵得多，这是因为 DRAM 缓存不命中要由磁盘来服务，而 SRAM 缓存不命中通常是由基于 DRAM 的主存来服务的。而且，从磁盘的一个扇区读取第一个字节的时间开销比起读这个扇区中连续的字节要慢大约 100 000 倍。归根到底，DRAM 缓存的组织结构完全是由巨大的不命中开销驱动的。

因为大的不命中处罚和访问第一个字节的开销，虚拟页往往很大，通常是 4KB～2MB。由于大的不命中处罚，DRAM 缓存是全相联的，即任何虚拟页都可以放置在任何的物理页中。不命中时的替换策略也很重要，因为替换错了虚拟页的处罚也非常之高。因此，与硬件对 SRAM 缓存相比，操作系统对 DRAM 缓存使用了更复杂精密的替换算法。（这些替换算法超出了我们的讨论范围。）最后，因为对磁盘的访问时间很长，DRAM 缓存总是使用写回，而不是直写。