Cache命中率分析工具的使用(附源代碼

1、題目：安裝一種Cache命中率分析工具，并現(xiàn)場(chǎng)安裝、演示。一、 什么是CPU-CacheCPU緩存（Cache Memory）是位于CPU與內(nèi)存之間的臨時(shí)存儲(chǔ)器，它的容量比內(nèi)存小的多但是交換速度卻比內(nèi)存要快得多。高速緩存的出現(xiàn)主要是為了解決CPU運(yùn)算速度與內(nèi)存讀寫速度不匹配的矛盾，因?yàn)镃PU運(yùn)算速度要比內(nèi)存讀寫速度快很多，這樣會(huì)使CPU花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間等待數(shù)據(jù)到來或把數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存。在緩存中的數(shù)據(jù)是內(nèi)存中的一小部分，但這一小部分是短時(shí)間內(nèi)CPU即將訪問的，當(dāng)CPU調(diào)用大量數(shù)據(jù)時(shí)，就可先緩存中調(diào)用，從而加快讀取速度。CPU包含多個(gè)核心，每個(gè)核心又有獨(dú)自的一級(jí)緩存（細(xì)分成代碼緩存和數(shù)據(jù)緩存）和二級(jí)緩存，

2、各個(gè)核心之間共享三級(jí)緩存，并統(tǒng)一通過總線與內(nèi)存進(jìn)行交互。二、 關(guān)于Cache Line整個(gè)Cache被分成多個(gè)Line，每個(gè)Line通常是32byte或64byte，Cache Line是Cache和內(nèi)存交換數(shù)據(jù)的最小單位，每個(gè)Cache Line包含三個(gè)部分Valid：當(dāng)前緩存是否有效Tag：對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址Block：緩存數(shù)據(jù)三、Cache命中率分析工具選擇1、Linux平臺(tái)：Valgrind分析工具；2、Windows平臺(tái)如下：java的Jprofiler；C+的VisualStudio2010及以后的版本中自帶profile工具；Application Verifier；intel vt

3、une等。四、選用Valgrind分析工具在Linux-Ubuntu14.04環(huán)境下實(shí)驗(yàn)1.Valgrind分析工具的常用命令功能：memcheck：檢查程序中的內(nèi)存問題，如泄漏、越界、非法指針等。 callgrind：檢測(cè)程序代碼的運(yùn)行時(shí)間和調(diào)用過程，以及分析程序性能。 cachegrind：分析CPU的cache命中率、丟失率，用于進(jìn)行代碼優(yōu)化。 helgrind：用于檢查多線程程序的競(jìng)態(tài)條件。 massif：堆棧分析器，指示程序中使用了多少堆內(nèi)存等信息。 2.Valgrind分析工具的安裝：使用Ubuntu統(tǒng)一安裝命令：sudo apt-get install valgrind之后等待安

4、裝完成即可。安裝界面如圖（由于我已經(jīng)安裝了此工具，而且沒有更新的版本，圖上結(jié)果為無可用升級(jí)）。五、使用Valgrind分析工具測(cè)試程序的Cache命中率1首先，編寫兩個(gè)C語言程序，主要使用對(duì)數(shù)組數(shù)據(jù)兩種讀寫方式來測(cè)試Cache命中率的不同，同時(shí)根據(jù)程序做同一件事的運(yùn)行時(shí)間來判斷程序質(zhì)量的好壞。代碼如下：cache1.c :#include #include #include #define MAXROW 8000#define MAXCOL 8000int main () struct timeval startTime,endTime; float Timeuse; int i,j;stat

5、ic int xMAXROWMAXCOL;printf (Running!n);gettimeofday(&startTime,NULL); for (i=0;iMAXROW;i+) for (j=0;jMAXCOL;j+) xij = i*j;printf(Completed!n); gettimeofday(&endTime,NULL); Timeuse = *(endTime.tv_sec - startTime.tv_sec) + (endTime.tv_usec - startTime.tv_usec); Timeuse /= ; printf(Timeuse = %fn,Timeu

6、se); return 0;cache2.c :#include #include #include #define MAXROW 8000#define MAXCOL 8000int main () struct timeval startTime,endTime; float Timeuse; int i,j;static int xMAXROWMAXCOL;printf (Running!n);gettimeofday(&startTime,NULL); for (j=0;jMAXCOL;j+) for (i=0;iMAXROW;i+) xij = i*j;printf(Complete

7、d!n); gettimeofday(&endTime,NULL); Timeuse = *(endTime.tv_sec - startTime.tv_sec) + (endTime.tv_usec - startTime.tv_usec); Timeuse /= ; printf(Timeuse = %fn,Timeuse); return 0;2.對(duì)以上兩個(gè)程序進(jìn)行Cache命中率測(cè)試：編譯兩程序：gcc -o cache1 cache1.cgcc -o cache2 cache2.c使用命令 valgrind -tool=cachegrind ./cache1測(cè)試cache1程序的Ca

8、che命中率：使用命令 valgrind -tool=cachegrind ./cache2測(cè)試cache2程序的Cache命中率：3.對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析：由cache1測(cè)試結(jié)果可以看出程序cache1的D1 miss rate: 0.8%可知1級(jí)Cache的數(shù)據(jù)未命中率為0.8%，即命中率為99.2%；由Timeuse = 9.可以cache1中數(shù)組循環(huán)完成的時(shí)間是9.s由cache2測(cè)試結(jié)果可以看出程序cache2的D1 miss rate: 14.2%可知1級(jí)Cache的數(shù)據(jù)未命中率為14.2%，即命中率為85.8%；由Timeuse = 15.可以cache1中數(shù)組循環(huán)完成的時(shí)間是15.s綜上可知cache1程序的cache命中率大于cache2，cache1循環(huán)所用時(shí)間少于cache2，即cache1程序質(zhì)量比cache2好。六、感想這次研討主要對(duì)Cache及Cache命中率測(cè)試工具進(jìn)行了討論，準(zhǔn)備這次研討時(shí)，我先查找了有關(guān)CPU Cache的資料并進(jìn)行學(xué)習(xí)，加深了我對(duì)CPU Cache的理解，之后，查找了各種有關(guān)Cache命中率分析工具的資料，并選擇Linux環(huán)境下的Valgrin