cache性能分析实验报告文档格式.docx
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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
运行SimpleScalar模拟器；
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.
4.
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；
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
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（interferenee）。
（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
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：
<
name>
:
<
nsets>
bsize>
assoc>
repl>
vname>
:
Cache的名称，其中：
一级数据Cache；
二级数据Cache；
一级指令Cache；
二级指令Cache；
dl1
dl2
il1
il2
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：
vnsets>
*vbsize>
*vassoc>
。
替换策略主要有以下几种：
LRU最近最少使用；
r
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=512KBo
FIFO，先进先出；
RANDOM随机策略。
-cache：
dl1dl1：
2048：
64：
4：
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。
在基本的配置情况下运行自己设计的程序，代码如下:
#includevstdio.h>
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
的访问目录为/root/simplescalar/bin/sslittle-na-sstrix-gee译，编译后生成了能够在模拟器中可以运行的可执行文件
hello.c，用安装好的simplescalar中的编译器sslittle-na-sstrix-gcc（它
）对其进行编
a.out。
命令行运行
界面如下图所示：
hooi^PG（il21005J0KZCbin.liiIlc]fied/looi/
[rool?
P<
2012]00530KZCroot]cdktirpIeseahr
rrooi?
201210OJ）2O^^Ginple5f4ilorl#JhiiiZs^iIi11Ic-n^-ssirix-geeheIlo.c
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。
[rooiL：
*PG2<
H21005J0ICCimpleseabrliirplesiirr3.0/simcafhea.ou（
Hiiireache:
Simpkicilai/I^JSATooJi（?
Iwrsion3-0o（AugiiU,2003.
Cupyiri^hl<
V）1994一20（13byTuddMAuhLin,Pli.[>
.dildSii^ikSvnlai,LLC,
AlIncTliinvr■»
ionofSiirpIcScdlariiIicenaedforacademic
Hffli-coinTDreiiIu*c.卩oiIi«
nofikiiimjrkmjybeuu«
dbyanyconiwrcluI
cn1IIIIy.nrforanyr^irnwrriiaIpnrpjujf,wiiihniiiihfprimruri|i<
*ii「申rmiuionofSinpk^eulur,LbC（info曲inpIckcu\ar.conV.
KHRcormandIint:
impksiin-3.O/hiiircachea.ouL
KiiR&
iinilANonslart^d四5吕lJan52013,opiionsfoIlow
Aiiircache:
7hi$imikLorinpIprrpiilhaftiiic（ionaIcactioiinuhlor«
jchc（iInIH1IIrf门Mfnriiiii：
门r-Ifriirh*indTl.K4'
niifiynrarion
^UiithiiuyiiichdfupluLwlevf]kofinsiruelionanddaincache<
withinyIpvcIiunificd>
andciivlevcIofin^1ruclionunddilaTLBs.t4）liming
informitionisgfiieraled.
CacheleveIshierarchyatconfigurationarguments.
dll
ull11cQchc：
dl2u12；
1024；
2；
I
siirc**startingheIIowrId!
loadconfigurationfromafiledunp（;
unfiguratlunluafiIcpriniheIpmssageverboseopera1ionenabledebugiW5sagestar1inDIitedebuggerrandomnurrbergeneratorseed（0forliircrseed）initializeaadlermnaleiimrdiaielyrestoreElOtraceexeculionfrom<
fnanB>
redirectsimlaloroutputtofile（non-inleracliveonly）redirectsimlaledprogramoutputtofile
iniIfltorwhedulingpriority
rTBxinumnunherofinst'
stoexecute
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