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存儲(chǔ)器是分層次的，離CPU越近的存儲(chǔ)器，速度越快，每字節(jié)的成本越高，同時(shí)容量也因此越小。寄存器速度最快，離CPU最近，成本最高，所以個(gè)數(shù)容量有限，其次是高速緩存(緩存也是分級(jí)，有L1，L2等緩存)，再次是主存(普通內(nèi)存)，再次是本地磁盤。

寄存器的速度最快，可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)訪問，其次是高速緩存，可以在幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)訪問，普通內(nèi)存可以在幾十個(gè)或幾百個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)訪問。

存儲(chǔ)器分級(jí)，利用的是局部性原理。我們可以以經(jīng)典的閱讀書籍為例。我在讀的書，捧在手里(寄存器)，我最近頻繁閱讀的書，放在書桌上(緩存)，隨時(shí)取來讀。當(dāng)然書桌上只能放有限幾本書。我更多的書在書架上(內(nèi)存)。如果書架上沒有的書，就去圖書館(磁盤)。我要讀的書如果手里沒有，那么去書桌上找，如果書桌上沒有，去書架上找，如果書架上沒有去圖書館去找。可以對(duì)應(yīng)寄存器沒有，則從緩存中取，緩存中沒有，則從內(nèi)存中取到緩存，如果內(nèi)存中沒有，則先從磁盤讀入內(nèi)存，再讀入緩存，再讀入寄存器。

本系列的文章重點(diǎn)介紹緩存cache。了解如何獲取cache的參數(shù)，了解緩存的組織結(jié)構(gòu)，了解cache對(duì)程序的影響，了解如何利用cache提升性能。

本文作為系列文章的第一篇，講述的如何獲取cache的組成結(jié)構(gòu)和如何獲取cache的參數(shù)。

cache分成多個(gè)組，每個(gè)組分成多個(gè)行，linesize是cache的基本單位，從主存向cache遷移數(shù)據(jù)都是按照linesize為單位替換的。比如linesize為32Byte，那么遷移必須一次遷移32Byte到cache。 這個(gè)linesize比較容易理解，想想我們前面書的例子，我們從書架往書桌搬書必須以書為單位，肯定不能把書撕了以頁為單位。書就是linesize。當(dāng)然了現(xiàn)實(shí)生活中每本書頁數(shù)不同，但是同個(gè)cache的linesize總是相同的。

所謂8路組相連( 8-way set associative)的含義是指，每個(gè)組里面有8個(gè)行。

我們知道，cache的容量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于主存，主存和cache肯定不是一一對(duì)應(yīng)的，那么主存中的地址和cache的映射關(guān)系是怎樣的呢?

拿到一個(gè)地址，首先是映射到一個(gè)組里面去。如何映射?取內(nèi)存地址的中間幾位來映射。

舉例來說，data cache: 32-KB, 8-way set associative, 64-byte line size表示Cache總大小為32KB，8路組相連(每組有8個(gè)line)，每個(gè)line的大小linesize為64Byte,OK，我們可以很輕易的算出一共有32K/8/64=64 個(gè)組。

對(duì)于32位的內(nèi)存地址，每個(gè)line有2^6 = 64Byte，所以地址的【0，5】區(qū)分line中的那個(gè)字節(jié)。一共有64個(gè)組。我們?nèi)?nèi)存地址中間6為來hash查找地址屬于那個(gè)組。即內(nèi)存地址的【6，11】位來確定屬于64組的哪一個(gè)組。組確定了之后，【12，31】的內(nèi)存地址與組中8個(gè)line挨個(gè)比對(duì)，如果【12，31】為與某個(gè)line一致，并且這個(gè)line為有效，那么緩存命中。

OK，cache分成三類：

直接映射高速緩存，這個(gè)簡(jiǎn)單，即每個(gè)組只有一個(gè)line，選中組之后不需要和組中的每個(gè)line比對(duì)，因?yàn)橹挥幸粋€(gè)line。

組相聯(lián)高速緩存，這個(gè)就是我們前面介紹的cache。 S個(gè)組，每個(gè)組E個(gè)line。

全相聯(lián)高速緩存，這個(gè)簡(jiǎn)單，只有一個(gè)組，就是全相聯(lián)。不用hash來確定組，直接挨個(gè)比對(duì)高位地址，來確定是否命中。可以想見這種方式不適合大的緩存。想想看，如果4M 的大緩存

描述一個(gè)cache需要以下參數(shù)：

• cache分級(jí)，L1 cache, L2 cache, L3 cache,級(jí)別越低，離cpu越近
• cache的容量
• cache的linesize
• cache 每組的行個(gè)數(shù).

組的個(gè)數(shù)完全可以根據(jù)上面的參數(shù)計(jì)算出來,所以沒有列出來.Intel手冊(cè)中用這樣的句子來描述cache:8-MB L3 Cache, 16-way set associative, 64-byte line size ，如何獲取cache的參數(shù)呢,到了我們的老朋友cpuid指令,當(dāng)eax為0x2的時(shí)候,cpuid指令獲取到cache的參數(shù). 下面給出代碼:

我的電腦上運(yùn)行結(jié)果如上圖,查看intel的手冊(cè)可知