cache性能分析实验报告.docx
- 文档编号:804941
- 上传时间:2022-10-13
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:510.96KB
cache性能分析实验报告.docx
《cache性能分析实验报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《cache性能分析实验报告.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
cache性能分析实验报告
计算机系统结构实验报告
名称:
Cache性能分析
学院:
信息工程
姓名:
学号:
S121055
专业:
计算机系统结构
年级:
实验目的
1.加深对Cache的基本概念、基本组织结构以及基本工作原理的理解;
2.了解Cache的容量、相联度、块大小对Cache性能的影响;
3.掌握降低Cache失效率的各种方法,以及这些方法对Cache性能提高的好处;
4.理解Cache失效的产生原因以及Cache的三种失效;
5.理解LRU与随机法的基本思想,及它们对Cache性能的影响;
实验平台
Vmware虚拟机,redhat9.0linux操作系统,SimpleScalar模拟器
实验步骤
1.运行SimpleScalar模拟器;
2.在基本配置情况下运行程序(请指明所选的测试程序),统计Cache总失效次数、三种不同种类的失效次数;
3.改变Cache容量(*2,*4,*8,*64),运行程序(指明所选的测试程序),统计各种失效的次数,并分析Cache容量对Cache性能的影响;
4.改变Cache的相联度(1路,2路,4路,8路,64路),运行程序(指明所选的测试程序),统计各种失效的次数,并分析相联度对Cache性能的影响;
5.改变Cache块大小(*2,*4,*8,*64),运行程序(指明所选的测试程序),统计各种失效的次数,并分析Cache块大小对Cache性能的影响;
6.分别采用LRU与随机法,在不同的Cache容量、不同的相联度下,运行程序(指明所选的测试程序)统计Cache总失效次数,计算失效率。
分析不同的替换算法对Cache性能的影响。
预备知识
1.SimpleScalar模拟器的相关知识。
详见相关的文档。
2.复习和掌握教材中相应的内容
(1)可以从三个方面改进Cache的性能:
降低失效率、减少失效开销、减少Cache命中时间。
(2)按照产生失效的原因不同,可以把Cache失效分为三类:
①强制性失效(Compulsorymiss)
当第一次访问一个块时,该块不在Cache中,需从下一级存储器中调入Cache,这就是强制性失效。
这种失效也称为冷启动失效或首次访问失效。
②容量失效(Capacitymiss)
如果程序执行时所需的块不能全部调入Cache中,则当某些块被替换后,若又重新被访问,就会发生失效。
这种失效称为容量失效。
③冲突失效(Conflictmiss)
在组相联或直接映象Cache中,若太多的块映象到同一组(块)中,则会出现该组中某个块被别的块替换(即使别的组或块有空闲位置),然后又被重新访问的情况。
这就是发生了冲突失效。
这种失效也称为碰撞失效(collision)或干扰失效(interference)。
(3)降低Cache失效率的方法:
增加Cache块大小、提高相联度、VictimCache、伪相联Cache、硬件预取技术、由编译器控制的预取和编译器优化。
(4)替换算法
①随机法:
为了均匀使用一组中的各块,这种方法随机地选择被替换的块。
②最近最少使用法LRU(LeastRecentlyUsed):
选择近期最少被访问的块作为被替换的块。
但由于实现比较困难,现在实际上实现的LRU都只是选择最久没有被访问过的块作为被替换的块。
实验内容
一关于simplescalar的简要说明
SimpleScalar包括多个仿真器:
sim-fast,sim-safe,sim-cache,sim-cheetah,sim-profile,sim-bpred,sim-eio和sim-outorder。
本次实验使用的是sim-cache,下面说明一下sim-cache。
sim-cache:
在这个仿真中加入了cache,用户可以对cache及TLB进行设置,支持两级的cache和一级的TLB,第一级cache和TLB均分为数据和指令两部分。
(摘自XX百科)
下面简要说明一下有关cache的信息:
一般来说,Cache的结构参数主要包括以下几个方面:
容量、块大小、相联度、替换算法等。
在SimpleScalar模拟器中,采用了两级Cache结构,同时数据和指令Cache分开。
SimpleScalar的Cache参数配置命令为:
Cache的名称,其中:
dl1:
一级数据Cache;
dl2:
二级数据Cache;
il1:
一级指令Cache;
il2:
二级指令Cache;
dtlb:
数据TLB;
itlb:
指令TLB;
组的数目;
块大小;
相联度;
替换策略。
此时,Cache容量为:
替换策略主要有以下几种:
l:
LRU,最近最少使用;
f:
FIFO,先进先出;
r:
RANDOM,随机策略。
例如:
-cache:
dl1dl1:
2048:
64:
4:
r,表示对一级数据cache进行配置,2048表示有2048组,64表示cache块大小为64byte,4表示相联度为4,r表示替换策略为RANDOM。
在此配置下,一级数据cache的容量为2048*64*4=512KB。
由于SimplescalarSpec2000测试程序在其官方网站不能下载,故使用simplescalar模拟器自带的测试程序以及自己设计的一个程序进行测试。
自带的测试程序是在/root/simplescalar/simplesim-3.0/tests-pisa/bin.little目录下的test-math,test-fmath,test-llong以及test-printf。
我们所有的实验内容都是对一级数据cache来进行分析的。
在simplescalar中,我们使用的模拟器是sim-cache。
二simplescalar模拟器基本配置情况下的运行模拟
在基本的配置情况下运行自己设计的程序,代码如下:
#include
Main()
{
printf(“helloworld!
\n”);
return0;
}
1.编辑好程序后,将其保存在/root/simplescalar文件夹下,文件命名为hello.c,用安装好的simplescalar中的编译器sslittle-na-sstrix-gcc(它的访问目录为/root/simplescalar/bin/sslittle-na-sstrix-gcc)对其进行编译,编译后生成了能够在模拟器中可以运行的可执行文件a.out。
命令行运行界面如下图所示:
2.我们使用simplescalar中的模拟器sim-cache对a.out模拟执行,执行后的界面如下图所示:
说明:
下面的截取的界面是一个完整的界面,限于完整的界面太大,在后面的实验内容的三、四、五、六部分只截取了我们需要的部分界面。
3.对运行结果进行分析
从上面的运行结果中我们提取出一级数据cache(dl1)的信息进行分析:
dl1.accesses4420#totalnumberofaccesses一级数据cache上的总访问次数
dl1.hits3963#totalnumberofhits一级数据cache上的命中次数
dl1.misses457#totalnumberofmisses一级数据cache上的失效次数
dl1.replacements201#totalnumberofreplacements一级数据cache上发生替换的次数
dl1.writebacks190#totalnumberofwritebacks一级数据cache上发生写回的次数
dl1.invalidations0#totalnumberofinvalidations一级数据cache上无效访问的次数
dl1.miss_rate0.1034#missrate(i.e.,misses/ref)一级数据cache上的失效率
dl1.repl_rate0.0455#replacementrate(i.e.,repls/ref)一级数据cache上发生替换的概率
dl1.wb_rate0.0430#writebackrate(i.e.,wrbks/ref)一级数据cache上发生写回的概率
dl1.inv_rate0.0000#invalidationrate(i.e.,invs/ref)一级数据cache上发生无效访问的概率
从分析中,我们可以得出,一级数据cache总共的失效次数(dl1.misses)为457次,我们知道容量失效和冲突失效都发生了替换,所以它们的失效次数(dl1.replacements)总共为201次,强制性失效次数为457-201=256次。
一级数据cache的总失效率为0.1034。
三Cache容量对Cache性能的影响
1.操作说明:
(1)改变simplescalar模拟器中的一级数据cache(dl1)的容量配置,我们通过改变组数来改变它的容量。
与此同时固定块大小为32byte、相联度为2以及替换策略为LRU等参数。
(2)测试的程序是simplescalar自带的测试程序test-math。
2.运行的界面(截取了部分所需的界面)如下图所示:
容量为2KB(32*32*2*1)时,
容量为4KB(64*32*2*1)时,
容量为8KB(128*32*2*1)时,
容量为64KB(1024*32*2*1)时,
3.运行结果分析
从面的运行结果中,我们提取所需要的一级数据cache的信息,如下表所示:
dd1容量
总的失效次数
总的失效率
容量失效和冲突失效总次数
强制性失效次数
2KB
1395
0.0243
1331
64
4KB
840
0.0146
712
128
8KB
669
0.0116
413
256
64KB
542
0.0094
0
542
从上表,我们可以分析出,随着cache容量的不断增加,程序的失效率不断降低。
容量失效和冲突失效的次数随着cache容量的增加不断地减少,而强制性失效次数则不断地增加。
四Cache相联度对Cache性能的影响
1.操作说明
(1)改变simplescalar模拟器中的一级数据cache的相联度大小。
与此同时固定cache的容量16KB、块大小32byte以及替换策略为LRU等参数。
(2)测试的程序是simplescalar自带的测试程序test-fmath。
2.运行的界面(只截取了部分所需的界面)如下图所示:
相联度为1路时,
相联度为2路时,
相联度为4路时,
相联度为8路时,
相联度为64路时,
3.运行结果分析
从上面的运行结果中,我们提取所需要的一级数据cache的信息,如下表所示:
dl1相联度
总的失效次数
总的失效率
容量失效和冲突失效总次数
强制性失效的次数
1
492
0.0296
83
409
2
492
0.0296
76
416
4
476
0.0286
28
448
8
472
0.0284
10
462
64
470
0.0282
0
470
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- cache 性能 分析 实验 报告
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)