Ion內存的帶cahce與不帶cache問題分享

• 2019 年 10 月 3 日
• 筆記

一次開發中，遇到一個問題：YUV圖像（由本地磁盤文件讀到ION內存中）縮放時，對於縮放模塊的輸入源來說，使用帶cache的方式要比不帶cache的方式速度快數10倍。

為什麼會出現這個情況呢？

1.在解釋這個前，需要有一些基礎知識，可以回想一下volatile的用途。

它使用在什麼場景下呢？多個線程同時訪問一個全局變量，例如線程1和線程2都對同一個內存地址的全局變量進行讀/寫操作，這時就需要將這個變量聲明為volatile。

為什麼呢？為了加快cpu的訪問速度，會把一些變量值加載到寄存器中使用，當修改了該值後，其只更新在寄存器中，而不是在實際的mem中，雖然看似在對某內存地址上進行修改。而問題發生切換時，線程2中看到的相同地址下的值可能是線程1修改前的值。

因為cpu被這個線程使用時，cpu覺得“只有我一個人操作這個內存地址，因此我把這個值備份到更快速的地方(cache/register)來加快訪問速度，直到萬不得已我才把數據加載到mem中”，因此兩個線程看到的同一mem地址下的數據可能不相同。

2.藉此機會，再來引申，說明一下write-through和write-back的概念。

Write-through- Write is done synchronously both to the cache and to the backing store.
Write-back (or Write-behind) – Writing is done only to the cache. A modified cache block is written back to the store, just before it is replaced.
翻譯：

Write-through(直寫)——寫操作同時被更新到cache和後端存儲。

Write-back(回寫)——寫操作僅僅被更新到cache中。只有在這個cache將要被更新前，才將舊數據更新到後端存儲。

二者各有優缺點：直寫模式下，速度較慢，但數據安全。回寫模式下，速度快，但數據不安全(設備斷電了！)。

機械硬盤就是一個很好的例子，例如往硬盤寫數據時，也是使用Write-back模式，先寫到硬盤的cache中，cpu就去干其它事情了，而接下來時間磁盤可能偷偷將cahe中的數據刷新到物理介質中。

從磁盤讀數據時，也是先將物理介質上一大塊數據加載到cache中，下次訪問附近的數據時，先在磁盤cache中看下是否能夠hit，如果命中了就不必再去物理磁道上去讀數據。

3.OK，聯想打住，回到最初的問題。

為什麼ion內存分帶cache和不帶cache呢？很多模塊（VideoCodec、cam、disp）都需要頻繁對mem數據進行更新。

例如h264碼流解碼後，需要將解碼器的output_buf的數據傳給(傳mem_addr)縮放模塊，假如縮放模塊進行soft scale down，cpu則去根據一定的算法在mem中抽取像素值。

假如不帶cache，那麼速度很慢，因為從phy mem上拿數據畢竟慢，但假如帶cache（數據也從phy_mem上刷新到cache），則直接從cache中拿數據則很快。

同時，特別需要注意一點，這個cache是屬於cpu的，而其他外設不知道有這個cache，因而外設只是在實際phy_mem上進行數據更新；然而cpu對mem的訪問，表面上看似對phy_mem的訪問，但實際上可能是對其鏡像(cache)的訪問。

4.如何保證內存數據一致性呢？（帶cache的一個潛在後果）

當編解碼模塊寫數據了後，cpu去讀，則需要調用特定的接口，強制從mem中讀數據，而不是從cache中讀數據。

當cpu寫數據(到cache)了後，編解碼模塊需要調用特定的接口，將cache中的數據刷新到mem中，編解碼模塊再從mem中讀數據。