Cache命中率分析工具的使用(附源代码

1、题目：安装一种Cache命中率分析工具，并现场安装、演示。一、 什么是CPU-CacheCPU缓存（Cache Memory）是位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小的多但是交换速度却比内存要快得多。高速缓存的出现主要是为了解决CPU运算速度与内存读写速度不匹配的矛盾，因为CPU运算速度要比内存读写速度快很多，这样会使CPU花费很长时间等待数据到来或把数据写入内存。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的，当CPU调用大量数据时，就可先缓存中调用，从而加快读取速度。CPU包含多个核心，每个核心又有独自的一级缓存（细分成代码缓存和数据缓存）和二级缓存，

2、各个核心之间共享三级缓存，并统一通过总线与内存进行交互。二、 关于Cache Line整个Cache被分成多个Line，每个Line通常是32byte或64byte，Cache Line是Cache和内存交换数据的最小单位，每个Cache Line包含三个部分Valid：当前缓存是否有效Tag：对应的内存地址Block：缓存数据三、Cache命中率分析工具选择1、Linux平台：Valgrind分析工具；2、Windows平台如下：java的Jprofiler；C+的VisualStudio2010及以后的版本中自带profile工具；Application Verifier；intel vt

3、une等。四、选用Valgrind分析工具在Linux-Ubuntu14.04环境下实验1.Valgrind分析工具的常用命令功能：memcheck：检查程序中的内存问题，如泄漏、越界、非法指针等。 callgrind：检测程序代码的运行时间和调用过程，以及分析程序性能。 cachegrind：分析CPU的cache命中率、丢失率，用于进行代码优化。 helgrind：用于检查多线程程序的竞态条件。 massif：堆栈分析器，指示程序中使用了多少堆内存等信息。 2.Valgrind分析工具的安装：使用Ubuntu统一安装命令：sudo apt-get install valgrind之后等待安

4、装完成即可。安装界面如图（由于我已经安装了此工具，而且没有更新的版本，图上结果为无可用升级）。五、使用Valgrind分析工具测试程序的Cache命中率1首先，编写两个C语言程序，主要使用对数组数据两种读写方式来测试Cache命中率的不同，同时根据程序做同一件事的运行时间来判断程序质量的好坏。代码如下：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.对以上两个程序进行Cache命中率测试：编译两程序：gcc -o cache1 cache1.cgcc -o cache2 cache2.c使用命令 valgrind -tool=cachegrind ./cache1测试cache1程序的Ca

8、che命中率：使用命令 valgrind -tool=cachegrind ./cache2测试cache2程序的Cache命中率：3.对测试结果进行分析：由cache1测试结果可以看出程序cache1的D1 miss rate: 0.8%可知1级Cache的数据未命中率为0.8%，即命中率为99.2%；由Timeuse = 9.可以cache1中数组循环完成的时间是9.s由cache2测试结果可以看出程序cache2的D1 miss rate: 14.2%可知1级Cache的数据未命中率为14.2%，即命中率为85.8%；由Timeuse = 15.可以cache1中数组循环完成的时间是15.s综上可知cache1程序的cache命中率大于cache2，cache1循环所用时间少于cache2，即cache1程序质量比cache2好。六、感想这次研讨主要对Cache及Cache命中率测试工具进行了讨论，准备这次研讨时，我先查找了有关CPU Cache的资料并进行学习，加深了我对CPU Cache的理解，之后，查找了各种有关Cache命中率分析工具的资料，并选择Linux环境下的Valgrin