cpu cache

清疚 2022-06-06 10:27 182阅读 0赞

**查看缓存：**

三级缓存
    ls /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/ 
    index0  index1  index2
    
    64组
    cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index1/number_of_sets  
    64
    
    每组8个cache line
    cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index1/ways_of_associativity 
    8
    
    每个cache line 64字节
    cat /sys/devices/system/cpu/cpu1/cache/index0/coherency_line_size   
    64

**设置对齐方式并多线程测试：**

41 #pragma pack (1)
     42 struct Data{
     43     int32_t c[15];
     44     int64_t v;
     45 };
     46 #pragma pack ()

当前字节数，68字节；

如果去掉\#pragma pack，72字节；

声明全局变量，Data g\_data;

开多个线程，每个线程修改g\_data.v，出现一半0，一半f的可能；

**打印格式：**

int64\_t v;

printf("%016lx\\n", v);

注意 lx 不是x;

**cache line:**

cache line是缓存最小单元，一致性也是以该单位保证的；

因此，如果字节出现问题，比如自定义68，就会导致变量 v，存在于不同的cache line中，无法保证数据计算的原子性，性能降低；

比如，取反操作，本来是一步缓存操作，正常结果应该是，0000000000000000或全f，但是，我们改变对齐方式后，变成两步缓存操作，发现可能出现一半0一般f的情况；

当然，如果我们加锁，会发现，又恢复正常了；

因此，如果我们自己设置字节对齐，就要考虑cache line造成的问题，以及性能问题，即使该结构体在64字节以内，不对其也会出现该问题；

**perf比较：**

perf stat -e cache-misses ./a.out 
    
    Performance counter stats for './a.out':
    
             1,319,787      cache-misses                                                
    
           1.276630791 seconds time elapsed
    
           2.300531000 seconds user
           0.054351000 seconds sys
    
    
    
     Performance counter stats for './a.out':
    
               203,949      cache-misses                                                
    
           0.788336163 seconds time elapsed
    
           0.370216000 seconds user
           0.023443000 seconds sys

前面是非对齐，后面时对齐的，对比耗时和cache碰撞；性能下降碰撞提高；

**汇编：**

i++，++i，i=2，i = ~i，都是一条指令；

虽说是原子操作，但是，这里涉及到内存，cache等问题，导致了数据不一致；

**数组测试累加操作：**

仍然多线程，奇数修改g\_data1\[0\]，否则修改另一个；

48 struct Data1{
     49     int64_t v = 0;
     50     //int64_t v1[7];
     51 };
    
     48 struct Data2{
     49     int64_t v = 0;
     50     int64_t v1[7];
     51 };
    
     48 struct Data3{
     49     int64_t v = 0;
     51 } __attribute__((aligned(64)));
    
    Data1 g_data1[2];

三种数据测试发现，第一和第二性能一样，第三个低下

Performance counter stats for './a.out':
    
               206,134      cache-misses                                                
    
           1.164900225 seconds time elapsed
    
           0.232928000 seconds user
           0.019443000 seconds sys
    
     Performance counter stats for './a.out':
    
               605,687      cache-misses                                                
    
           1.162921806 seconds time elapsed
    
           0.958455000 seconds user
           0.030287000 seconds sys

为什么拆分64对齐后，性能反而差了？