Железо / Экспериментальное определение характеристик кэш-памяти: практикум

Первая статья об экспериментальном определении характеристик кэш-памяти появилась на свет несколько необычным образом. Играясь с утилитами из lmbench, я получил те самые три графика, и задался вопросом, сколько же информации об исследуемой системе можно из них вытянуть. Определив некоторые характеристики кэша и TLB, я затем задал эти графики студентам как домашнее задание — предвкушая, что им удастся обнаружить что-то такое, что я проглядел. В целом, студенты меня разочаровали, и не заметили даже связь ассоциативности с наклоном ступенек на графике. В конце семестра я собираюсь рассказать им своё решение; а чтобы оно к тому времени не забылось, я написал на скорую руку ту статью.

Затем Yekver предложил мне идею простой программы для Windows, которая определяла бы характеристики кэша автоматически, не требуя ручного анализа графиков. (Тем более, что версии lmbench для Windows не существует.) Для замера времени будем использовать функцию __rdtsc, которая возвращает 64-битное количество тактов с момента последнего сброса процессора. Сначала определим тактовую частоту процессора, замерив на произвольной нагрузке время выполнения и количество потребовавшихся тактов. Затем для расчёта времени доступа к памяти будем делить количество потраченных тактов на тактовую частоту процессора.

Подобно прошлому эксперименту, мы будем брать данные различного объёма от 4КБ до 512МБ, и проходить по массиву миллионы раз с последующим усреднением результата. Чтобы минимизировать влияние дополнительных операций в цикле нагрузки, следуя примеру авторов lat_mem_rd, используем для тела нагрузки операцию p=(void**)*p;, которая компилируется в одну машинную команду, и развернём её 256 раз, чтобы возврат к началу цикла выполнялся относительно редко.