多级缓存的包含性

更新时间：2026-10-01。配合 缓存层次，这篇讲不同级别里“同一行能否重复存在”。

本文要回答的问题

• inclusive 为什么方便一致性却“吃掉”容量？
• NINE 为什么成为现代主流？

一、三种关系

• Inclusive：LLC 的行包含所有 L1/L2 的行。snoop 时只查 LLC 即可过滤，简单；但同一份数据占多级空间，有效总容量变小，LLC 驱逐要反向失效内层。
• Exclusive：各级缓存数据不重复，等效容量可叠加，适合小缓存层次；但 snoop 要查多级。
• NINE：不保证包含也不保证排他，由自然填充决定，灵活且容量利用率高，是许多现代多核的选择，但 snoop 一致性需目录/探针处理。

二、常见坑

• 以为容量是各级简单相加（inclusive 下不是）。
• 忽略 inclusive 的 back-invalidation 开销。
• exclusive 下仍只 snoop 外层。

小结

inclusive 换 snoop 简单、exclusive 换容量叠加、NINE 求灵活与利用率。下一篇 缓存缺失分类与 AMAT。

总结

多级缓存之间同一份数据能否重复存在，决定了有效容量和一致性代价：inclusive 让外层成为内层超集，snoop 只查 LLC 即可过滤、简单省事，但同一份数据占满多级空间、LLC 驱逐还要反向失效内层；exclusive 保证各级不重叠、等效容量可叠加，但探测必须逐级查；NINE 不做任何保证、按自然填充决定，容量利用率最高，代价是 snoop 需要目录/探针兜底。三种策略没有胜负，只是在 snoop 过滤、有效容量和驱逐传播三者间交换代价——NINE 靠灵活性成为现代多核主流。