cpu cacheline对性能影响实验

cpu利用cache和内存之间交换数据的最小粒度不是字节，而是称为cacheline的一块固定大小的区域，详细信息参见wiki文档：
http://en.wikipedia.org/wiki/CPU_cache#Cache_entry_structure

前文《 cpu cache信息查看  》中介绍了查看cacheline大小的方法：
cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/coherency_line_size 
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关于cpu cache对性能的影响，  Igor Ostrovsky有一篇精彩的文章：
http://igoro.com/archive/gallery-of-processor-cache-effects/

本文尝试验证上文中的观点，编写了下面的例子程序：
cacheline.c

编译一下： gcc -O0 -o cacheline cacheline.c

下面开始看看cacheline对程序性能的影响。按照cacheline的定义，我们可以推测step从1到64，加载cacheline的次数是一致的。而继续增大step，加载cacheline的次数就会变少。

看看结果：
perf stat -e L1-dcache-loads-misses -e L1-dcache-load -e cycles ./cacheline 1
134217728


 Performance counter stats for './cacheline 1':


         2,352,446 L1-dcache-loads-misses    #    0.35% of all L1-dcache hits  
       673,338,076 L1-dcache-load                                              
     1,041,209,909 cycles                    #    0.000 GHz                    


       0.433421077 seconds time elapsed


perf stat -e L1-dcache-loads-misses -e L1-dcache-load -e cycles ./cacheline 2
67108864


 Performance counter stats for './cacheline 2':


         2,326,564 L1-dcache-loads-misses    #    0.69% of all L1-dcache hits  
       337,577,957 L1-dcache-load                                              
       524,684,462 cycles                    #    0.000 GHz                    


       0.254773008 seconds time elapsed


perf stat -e L1-dcache-loads-misses -e L1-dcache-load -e cycles ./cacheline 4
33554432


 Performance counter stats for './cacheline 4':


         2,309,318 L1-dcache-loads-misses    #    1.36% of all L1-dcache hits  
       169,703,215 L1-dcache-load                                              
       255,623,966 cycles                    #    0.000 GHz                    


       0.154640897 seconds time elapsed


perf stat -e L1-dcache-loads-misses -e L1-dcache-load -e cycles ./cacheline 64
2097152


 Performance counter stats for './cacheline 64':


         2,292,510 L1-dcache-loads-misses    #   18.64% of all L1-dcache hits  
        12,299,250 L1-dcache-load                                              
        55,040,163 cycles                    #    0.000 GHz                    


       0.034769960 seconds time elapsed

可以看出，
  i）step从1调整到64，L1 cache misses非常接近
  ii） 程序执行时间不光取决于cache miss，还与很多因素有关（比如cpu clocks）

继续增大step：
perf stat -e L1-dcache-loads-misses -e L1-dcache-load -e cycles ./cacheline 128
1048576


 Performance counter stats for './cacheline 128':


         1,308,532 L1-dcache-loads-misses    #   18.56% of all L1-dcache hits  
         7,048,673 L1-dcache-load                                              
        38,773,055 cycles                    #    0.000 GHz                    


       0.024586981 seconds time elapsed


perf stat -e L1-dcache-loads-misses -e L1-dcache-load -e cycles ./cacheline 1024
131072


 Performance counter stats for './cacheline 1024':


           442,176 L1-dcache-loads-misses    #   18.21% of all L1-dcache hits  
         2,427,631 L1-dcache-load                                              
        17,618,913 cycles                    #    0.000 GHz                    


       0.011433279 seconds time elapsed