陆续写些关于新书《自己动手写CPU》的博客，本篇主要是讲解 gem5验证数组的缓存优化

软件优化是提高cache命中率的十分有效的手段，cache的基本原理是利用程序局部性，而软件优化可以通过提高程序局部性，从而提高cache命中率。举一个例子如下：

程序A：

#include <stdio.h>

int main()
{
    int i=0,j=0;
    long count=0;
    long temp[51200][8];      
 
    for(i=0;i<51200;i++)
       for(j=0;j<8;j++)
           {
           temp[i][j]=i*j;   //  大约51200 次DCache缺失
           }
 
}

假设数据cache的line size是64，long类型是8个字节，那么在程序A中，temp[i][0]-temp[i][7]刚好是64字节，占用数据cache的一个line，所以在写temp[i][0]将发生一次cache缺失，在写temp[i][1]-temp[i][7]的时候，不会发生数据缺失，所以，一共发生51200次缺失。

程序B：

#include <stdio.h>

int main()
{

    int i=0,j=0;
    long count=0;
    long temp[51200][8];      

    for(i=0;i<8;i++)
       for(j=0;j<51200;j++)
           {
           temp[j][i]=i*j;   // 大约8*51200 次DCache缺失
           }
}

下面我们通过gem5仿真验证上述分析是否正确。

还是以我的开发环境为例，gem5安装在/root/gem5/gem5-stable-50ff05095970/路径下，修改tests/test-progs/hello/src目录下的hello.c，如下：

#include <stdio.h>

int main()
{

    int i=0,j=0;
    long count=0;
    long temp[51200][8];      

}

gcc --static hello.c -o hello

./build/X86/gem5.opt ./configs/example/se.py --cpu-type=timing --caches -c ./tests/test-progs/hello/src/hello

sim_seconds                                  0.000030                       # Number of seconds simulated......system.cpu.dcache.WriteReq_misses::cpu.data           90

sim_seconds                                  0.013802......system.cpu.dcache.WriteReq_misses::cpu.data        51290

修改hello.c的代码为程序B，然后编译，并使用gem5.opt运行，再次打开stat.txt得到运行时间、数据cache的缺失数如下：

sim_seconds                                  0.031548......system.cpu.dcache.WriteReq_misses::cpu.data       409688

gem5验证数组的缓存优化