【发布时间】：2010-11-10 17:21:46
【问题描述】：
编辑：出于参考目的（如果有人偶然发现这个问题），Igor Ostrovsky 写了一篇关于缓存未命中的great post。它讨论了几个不同的问题并显示了示例编号。 结束编辑
我做了一些测试<long story goes here> 并且想知道性能差异是否是由于内存缓存未命中造成的。以下代码演示了该问题并将其归结为关键时序部分。下面的代码有几个循环，它们以随机顺序访问内存，然后以升序地址顺序访问内存。
我在 XP 机器（用 VS2005 编译：cl /O2）和 Linux 机器（gcc –Os）上运行它。两者都产生了相似的时间。这些时间以毫秒为单位。我相信所有循环都在运行并且没有优化（否则它会“立即”运行）。
*** 测试 20000 个节点 总订购时间：888.822899 总随机时间：2155.846268这些数字有意义吗？差异主要是由于 L1 缓存未命中还是还有其他原因？有 20,000^2 次内存访问，如果每个都是缓存未命中，则每次未命中大约为 3.2 纳秒。我测试的 XP (P4) 机器是 3.2GHz，我怀疑（但不知道）有 32KB L1 缓存和 512KB L2。对于 20,000 个条目 (80KB)，我假设没有大量的 L2 未命中。所以这将是(3.2*10^9 cycles/second) * 3.2*10^-9 seconds/miss) = 10.1 cycles/miss。这对我来说似乎很高。也许不是，或者我的数学不好。我尝试用 VTune 测量缓存未命中，但我得到了一个 BSOD。现在我无法让它连接到许可证服务器（grrrr）。
typedef struct stItem
{
long lData;
//char acPad[20];
} LIST_NODE;
#if defined( WIN32 )
void StartTimer( LONGLONG *pt1 )
{
QueryPerformanceCounter( (LARGE_INTEGER*)pt1 );
}
void StopTimer( LONGLONG t1, double *pdMS )
{
LONGLONG t2, llFreq;
QueryPerformanceCounter( (LARGE_INTEGER*)&t2 );
QueryPerformanceFrequency( (LARGE_INTEGER*)&llFreq );
*pdMS = ((double)( t2 - t1 ) / (double)llFreq) * 1000.0;
}
#else
// doesn't need 64-bit integer in this case
void StartTimer( LONGLONG *pt1 )
{
// Just use clock(), this test doesn't need higher resolution
*pt1 = clock();
}
void StopTimer( LONGLONG t1, double *pdMS )
{
LONGLONG t2 = clock();
*pdMS = (double)( t2 - t1 ) / ( CLOCKS_PER_SEC / 1000 );
}
#endif
long longrand()
{
#if defined( WIN32 )
// Stupid cheesy way to make sure it is not just a 16-bit rand value
return ( rand() << 16 ) | rand();
#else
return rand();
#endif
}
// get random value in the given range
int randint( int m, int n )
{
int ret = longrand() % ( n - m + 1 );
return ret + m;
}
// I think I got this out of Programming Pearls (Bentley).
void ShuffleArray
(
long *plShuffle, // (O) return array of "randomly" ordered integers
long lNumItems // (I) length of array
)
{
long i;
long j;
long t;
for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
plShuffle[i] = i;
for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
{
j = randint( i, lNumItems - 1 );
t = plShuffle[i];
plShuffle[i] = plShuffle[j];
plShuffle[j] = t;
}
}
int main( int argc, char* argv[] )
{
long *plDataValues;
LIST_NODE *pstNodes;
long lNumItems = 20000;
long i, j;
LONGLONG t1; // for timing
double dms;
if ( argc > 1 && atoi(argv[1]) > 0 )
lNumItems = atoi( argv[1] );
printf( "\n\n*** Testing %u nodes\n", lNumItems );
srand( (unsigned int)time( 0 ));
// allocate the nodes as one single chunk of memory
pstNodes = (LIST_NODE*)malloc( lNumItems * sizeof( LIST_NODE ));
assert( pstNodes != NULL );
// Create an array that gives the access order for the nodes
plDataValues = (long*)malloc( lNumItems * sizeof( long ));
assert( plDataValues != NULL );
// Access the data in order
for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
plDataValues[i] = i;
StartTimer( &t1 );
// Loop through and access the memory a bunch of times
for ( j = 0; j < lNumItems; j++ )
{
for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
{
pstNodes[plDataValues[i]].lData = i * j;
}
}
StopTimer( t1, &dms );
printf( "Total Ordered Time: %f\n", dms );
// now access the array positions in a "random" order
ShuffleArray( plDataValues, lNumItems );
StartTimer( &t1 );
for ( j = 0; j < lNumItems; j++ )
{
for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
{
pstNodes[plDataValues[i]].lData = i * j;
}
}
StopTimer( t1, &dms );
printf( "Total Random Time: %f\n", dms );
}
【问题讨论】：
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他的问题是：“这些数字有意义吗？”
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抱歉 - 我把这个问题埋在了太多的文字中。但是，是的，问题是这些数字是否有意义。 L1 缓存未命中的 10 个周期是否正确？
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您应该阅读 Ulrich Drepper 的 "What every programmer should know about memory" - 它深入探讨了内存访问的时间、访问模式和缓存交互。
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问题中链接到的 Igor Ostrovsky 非常好。 +1 只是为了指导我。
标签： c caching memory-access