1、深圳大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（3）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：存儲(chǔ)體系實(shí)驗(yàn)學(xué)院：計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)與軟件學(xué)院所有專業(yè)扌旨導(dǎo)教師：*報(bào)告人：*報(bào)告人：*學(xué)號(hào):*班級(jí):*實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2017年12月19日星期二實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間：2017年12月21日星期四教務(wù)處制、實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑鲞M(jìn)對(duì)cache工作原理的理解體驗(yàn)程序中訪存模式變化是如何影響cache效率進(jìn)而影響程序性能的過(guò)程；學(xué)習(xí)在X86真實(shí)機(jī)器上通過(guò)調(diào)整程序訪存模式來(lái)探測(cè)多級(jí)cache結(jié)構(gòu)以及TLB的大小。、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容按照下面的實(shí)驗(yàn)步驟及說(shuō)明，完成相關(guān)操作記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程的截圖：（1）x86cache層次結(jié)構(gòu)的測(cè)量（90分）首先，設(shè)計(jì)一個(gè)用于測(cè)量x86系

2、統(tǒng)上的cache層次結(jié)構(gòu)的方案，然后設(shè)計(jì)出相應(yīng)的代碼；然后，運(yùn)行你的代碼獲得相應(yīng)的測(cè)試數(shù)據(jù)。最后，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析你的x86機(jī)器有幾級(jí)cache，各自容量是多大。（2）選做：嘗試測(cè)量你L1cache行的大小；（3）選做：嘗試測(cè)量你的x86機(jī)器TLB有多大（報(bào)告撰寫質(zhì)量10分）三、實(shí)驗(yàn)環(huán)境硬件：桌面PC軟件：Windows四、實(shí)驗(yàn)步驟及說(shuō)明(1)x86cache層次結(jié)構(gòu)的測(cè)量一個(gè)程序從存儲(chǔ)系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)的速率為讀吞吐量，或者有時(shí)稱為讀帶寬。如果一個(gè)程序在s秒的時(shí)間段內(nèi)讀n個(gè)字節(jié)，那么這段時(shí)間內(nèi)的讀吞吐量就等于n/s，典型的是以兆字節(jié)每秒（MB/s）為單位的。如果我們要編寫一個(gè)程序，它從一個(gè)緊密程

3、序循環(huán)中發(fā)出一系列讀請(qǐng)求，那么測(cè)量出的讀吞吐量能讓我們看到對(duì)于這個(gè)讀序列來(lái)說(shuō)的存儲(chǔ)系統(tǒng)的性能。關(guān)于這個(gè)測(cè)試，有兩個(gè)基本的概念：時(shí)間局部性與空間局部性。時(shí)間局部性：被引用過(guò)一次的存儲(chǔ)器位置在未來(lái)會(huì)被多次引用（通常在循環(huán)中）空間局部性:如果一個(gè)存儲(chǔ)器的位置被引用，那么將來(lái)他附近的位置也會(huì)被引用。本實(shí)驗(yàn)使用的是X64位系統(tǒng)，配置如下圖:處理器；已舌愛(ài)內(nèi)菩（RAM：Intel(R)CorefTM17-4510U亡PU色2.MGH;2.fi0右H疋8.00GB(7.89GB可用)咨匸諄64位換柞至蛻r基于x64站匙翌器沒(méi)肓可坪于此顯曲輜筆或購(gòu)逐入程序主程序代碼如下圖:SbegJjijiulltild1:

4、*/intnsin()(luz曰】s：己；/*wortinsr弓已匚axseamEizce3*Zinzm匸Hiam;/*5ir-deInarray己丄述己二匸鄉(xiāng))*/dcufcleJfhz；J*CIdc上fr-zrizency*/nxt_daima.iaza.t/*iniLializc.each盤jlcih住inm二品*/MhaAhz/*匚囂宅alaak:門二丫*/|/*S-en-idinatintnirsnain-*/*Not;hDwnmthe*/prlu-slrls-z二:它：p二mu二了s王二匚二ck.豈二上12zzz.nBH!zzJ|rpzinzi(.lij_匸工凹三-*)：prinu

5、f(ps;cor(anae-：sTiaejaprixtf(-Xn-J.；/*CcaxAruunaxirain*/lEor(fizt34AXBYIZ5；IXKXINBnESfliza=/$n3maucjalRindln.*/*15口shiMninthetewsiftsiEBl丄21Hp*J_ntrtczr.J：r，psize/(-1J):芒1輕pxlHtfsite/?押；TOUTqk-lTSnun*/tQE?匸:TJklE=1;BCZlde11v&1占L1Fl.5H.J防.I人斗優(yōu)1.A.5缶1鼻神嶺.7H專3-?總73-.12,1XK.1Ml-1丄N騎舅is工X,h1亠A4亠右Jb誌*JI#3

6、.JL2-3ldiU.11K1.b1氐1E1矗3.?5.2B占E咅6rH.：tV-!i3：FHH.3M-1M.lM2K14豐4if.1B&tJ爭(zhēng)哼亠需譽(yù)川1H4t1&.4Hl1玄玄甲氈19m矗啟9.31北H.T內(nèi).11Hi&1上孔-右2.Ms-nD豐芋.m0._4S4.?12.fl巧433A4AR.R11.19_s3n.iO-l2M1.C-13-3U.K19.5u芳口工7JI.7J3.b33.31.靳lbVJLl-b鼻b1.3O-lu0.1-IM1皿1*343*79*13S.4転&亙7&1y&33LflH*437Z6.；2S*5H予二EJ生讀7-25-LBx1fiB1RM1臨警礙址1R.4蚯斗

7、孕”序.ftim-s*.2132-51R.39.9263ffe-百1.3V-SS.R431HJL工作時(shí)間工作集大小4K8K16K32K64K128K256K512K1M2M4M8M1.1.4B881.81.81.81.81.51.61.61.61.61.61.1.8B661.61.61.51.61.61.61.61.61.91.91.1.16B1.61.61.61.51.61.61.61.92.42.4工66作1.1.32B1.51.61.61.61.61.92.02.33.74.2步63幅1.1.大64B561.61.63.63.73.74.25.05.19.110.4小128B1.1.1.

8、31.63.73.65.27.111.11.38.442.514650.1.19.19.256B311.51.63.73.66.312.13556.164.30.0.20.19.512B131.11.53.73.76.313.54958.872.81K0.10.10.41.13.73.76.516.424.723.775.190.80.0.32.31.119.2K110.10.53.13.78.321.18796.320.35.33.108.132.4K10.10.12.13.17.522.6364521.22.108.8K0.10.10.12.33.619.24537.4418.21.16K

9、0.10.10.12.816.00626.239.913.16.32K0.10.10.39.21125.526.311.64K0.10.11.29.5619.026.3128K0.10.11.33.613.318.8256K0.10.11.37.210.3512K0.10.15.17.51M0.10.15.02M0.10.14M0.1利用excel畫(huà)出存儲(chǔ)器山:讀吞葉HWm存儲(chǔ)山圖LiOOOXOQOQ50000-50005000-1000010000-15OWCACHE大小評(píng)估TOCo1-5hzT牝-H32BT64B一一12鈕125685126IKH16Ki-32K128K25)K1M?M,J

10、|i,4MSIVI90.0-IKSK16K3?K64K12SIC256K5I2K1M2M4IMgIM16M工作集大小縱軸是時(shí)間，單位是s，從折線中可以看出在工作集大小為128KB,521KB和8M16M之間有較大的波動(dòng)。故可以推斷分別為L(zhǎng)1，L2，L3Cache的大小分別大約為：128KB,521KB和4M16M故可以推斷分別為L(zhǎng)1,L2,L3Cache的大小分別大約為：128KB,521KB和4M16M驗(yàn)證結(jié)果查看本機(jī)的配置，L1cache為128KBL2cache為512KB,L3cache為4MB2.&0GF1內(nèi)核；2遷融理謂4爭(zhēng)化：已禁用Hyper-V芟捋；L1強(qiáng)存：128BL2追淺5

11、12KBL3暖存：4,0MB綜合來(lái)看，能夠得出這幾個(gè)結(jié)論：第一，當(dāng)步長(zhǎng)很小時(shí)，就算工作集很大，訪問(wèn)速率也在沒(méi)有過(guò)多下降。這是因?yàn)椋浞掷昧丝臻g局部性，相同cache塊內(nèi)的數(shù)據(jù)，只有第一個(gè)發(fā)生了miss，而在這次miss之后,其他數(shù)據(jù)被一同加載了進(jìn)來(lái)。（空間局限性）第二，當(dāng)步長(zhǎng)很大工作集很小時(shí)，訪問(wèn)速度也很高。其實(shí)這里的步長(zhǎng)并未對(duì)訪問(wèn)速度造成什么影響，因?yàn)檎麄€(gè)工作集都會(huì)加載到cache中。（時(shí)間局部性）第三，對(duì)于大的工作集合和大的步長(zhǎng)，那么cache就形同虛設(shè)，因?yàn)楦揪筒淮嬖诰植啃?，cache是為局部性而生的，因此，訪問(wèn)速度只能是memory級(jí)別。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)存儲(chǔ)器系統(tǒng)的性能不是一個(gè)數(shù)字就能描述的。相反，它是一座時(shí)間和空間局部性的山，這座山的上升高度差別可以超過(guò)一