cache性能分析(cache性能提高了多少)

导语：计算机性能探索--cache性能研究

之前的文章中，我们介绍了在计算机体系结构学术界广泛使用的一款模拟器SimpleScalar，包括各种模拟器，以及模拟器的运行，提到了影响cache性能的几个方面：容量、块大小、相关度、替换算法。

我们已经通过两篇文章，分别探讨了cache容量和块大小对cache性能的影响，并给出了相应的分析。今天我们继续探索影响Cache性能的另外一个重要的方面。

Cache关联度对性能的影响

整个实验的具体做法是：在SimpleScalar的配置过程中，保持容量大小、cache块大小、替换策略等参数不变，改变关联度从1、2、4到256变化，执行程序，得到在不同条件之下的，失效率数据。

整个过程的参数变化如下表所示：

表一 参数变化

经过测试，我们得到不同关联度下，失效率的变化情况。具体曲线如下图所示，曲线代表在不同关联度条件下，失效率的变化趋势情况。

图一 Cache相联度对失效率影响

结果分析

从图中曲线可以看出，关联度对在组相联Cache中的cache性能有着十分重要的影响，cache中冲突失效，出现的概率与关联度有着直接的负相关关系。也就是说，当关联度呈现上升趋势时，块冲突概率呈现出下降趋势，即Cache的失效率就会下降。

那么何为块冲突？当cache中的某块位置已被占用时，如果此时，有一个主存块试图进入被占用的这块位置时，称此时发生了块冲突。理论上讲，全相连时候，失效率应该为最低值，直接映射时，失效率应该为最高值。

虽然理论上讲，随着关联度的增加，失效率呈现下降确实，但是实验证明，随着关联度的增加，cache的失效率下降到某个值以后，会停止下降。并且，随着关联度的增加，系统的复杂性会跟着增加，所以产生负收益。

回到图中的曲线，从图中曲线可知，在16K byte容量下，关联度的变化范围从1到256，因为容量保持恒定，所以相应的组数从512到2。从实验结果看来，当相联度为1、2、4时，失效率曲线随着相联度的增加而呈现出下降趋势。但是当关联度超过4继续增加时，失效率停止继续降低，开始稳定在一个范围内。

所以实验结果，验证了我们之前的理论分析，即关联度对cache性能的提升，在一个范围内有效，当超出这个范围时候，不仅不能起到促进作用，反而出现负面影响。

小结

今天的文章中，我们借助一个小实验，论证了关联度对cache性能的影响。以后的文章中，我们将继续探讨替换策略对cache性能的影响，也欢迎大家和我进行讨论。

参考资料：[1]SimpleScalar模拟器使用指南

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