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3天內(nèi)不再提示

cache的排布與CPU的典型分布

Linux閱碼場 ? 來源:Linux閱碼場 ? 作者:Linux閱碼場 ? 2022-10-18 09:01 ? 次閱讀

CACHE 基礎

對cache的掌握,對于Linux工程師(其他的非Linux工程師也一樣)寫出高效能代碼,以及優(yōu)化Linux系統(tǒng)的性能是至關重要的。簡單來說,cache快,內(nèi)存慢,硬盤更慢。在一個典型的現(xiàn)代CPU中比較接近改進的哈佛結構,cache的排布大概是這樣的:

077cacec-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

L1速度>L2速度>L3速度>RAM
L1容量

現(xiàn)代CPU,通常L1 cache的指令和數(shù)據(jù)是分離的。
這樣可以實現(xiàn)2條高速公路并行訪問,CPU可以同時load指令和數(shù)據(jù)。當然,cache也不一定是一個core獨享,現(xiàn)代很多CPU的典型分布是這樣的,比如多個core共享一個L3。

比如這臺的Linux里面運行 lstopo 命令:

07996044-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

人們也常常稱呼L2cache為 MLC (MiddleLevel Cache), L3cache為 LLC(LastLevelCache)

這些Cache究竟有多塊呢?

我們來看看Intel的數(shù)據(jù),具體配置:Intel i7-4770 (Haswell), 3.4 GHz (Turbo Boostoff), 22nm. RAM: 32 GB (PC3-12800 cl11 cr2)

訪問延遲:

L1DataCacheLatency=4cyclesforsimpleaccessviapointer
L1DataCacheLatency=5cyclesforaccesswithcomplexaddresscalculation(size_tn,*p;n=p[n]).
L2CacheLatency=12cycles
L3CacheLatency=36cycles(3.4GHzi7-4770)
L3CacheLatency=43cycles(1.6GHzE5-2603v3)
L3CacheLatency=58cycles(core9)-66cycles(core5)(3.6GHzE5-2699v3-18cores)
RAMLatency=36cycles+57ns(3.4GHzi7-4770)
RAMLatency=62cycles+100ns(3.6GHzE5-2699v3dual)

數(shù)據(jù)來源:https://www.7-cpu.com/cpu/Haswell.html

由此我們可以知道,我們應該盡可能追求cache的命中率高,以避免延遲, 最好是低級cache的命中率越高越好。

CACHE 的組織

SET、WAY、TAG、INDEX

現(xiàn)代的cache基本按照這個模式來組織:SET、WAY、TAG、INDEX
,這幾個概念是理解Cache的關鍵。隨便打開一個數(shù)據(jù)手冊,就可以看到這樣的字眼:

07bfa56a-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

但是它的執(zhí)行時間,則遠遠不到后者的8倍:

07f7f7d0-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

16KB 的cache是 4way 的話,每個set包括 4*64B ,則整個cache分為 16KB/64B/4 =64set
,也即2的6次方。當CPU從cache里面讀數(shù)據(jù)的時候,它會用地址位的BIT6-BIT11來尋址set,BIT0-BIT5是cacheline內(nèi)的offset。

080c7a5c-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

比如CPU訪問地址

0 000000 XXXXXX

或者

1 000000 XXXXXX

或者

YYYY 000000 XXXXXX

由于它們紅色的6位都相同,所以他們?nèi)慷紩业降?個set的cacheline。第0個set里面有4個way,之后硬件會用地址的高位如0,1,YYYY作為tag,去檢索這4個way的tag是否與地址的高位相同,而且cacheline是否有效,如果tag匹配且cacheline有效,則cache命中。

所以地址YYYYYY000000XXXXXX全部都是找第0個set,YYYYYY000001XXXXXX全部都是找第1個set,YYYYYY111111XXXXXX全部都是找第63個set。每個set中的4個way,都有可能命中。

中間紅色的位就是INDEX,前面YYYY這些位就是TAG。

具體的實現(xiàn)可以是用虛擬地址或者物理地址的相應位做TAG或者INDEX。

如果用虛擬地址做TAG,我們叫VT;

如果用物理地址做TAG,我們叫PT;

如果用虛擬地址做INDEX,我們叫VI;

如果用物理地址做INDEX,我們叫PI。

工程中碰到的cache可能有這么些組合:VIVT、VIPT、PIPT。

VIVT、VIPT、PIPT

具體的實現(xiàn)可以是用虛擬地址或者物理地址的相應位做TAG或者INDEX。

如果用虛擬地址做TAG,我們叫VT;

如果用物理地址做TAG,我們叫PT;

如果用虛擬地址做INDEX,我們叫VI;

如果用物理地址做INDEX,我們叫PI。

VIVT的硬件實現(xiàn)開銷最低,但是軟件維護成本高;PIPT的硬件實現(xiàn)開銷最高,但是軟件維護成本最低;VIPT介于二者之間,但是有些硬件是VIPT,但是behave
as PIPT,這樣對軟件而言,維護成本與PIPT一樣。

在VIVT的情況下,CPU發(fā)出的虛擬地址,不需要經(jīng)過MMU的轉化,直接就可以去查cache。

0819e0e8-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

而在VIPT和PIPT的場景下,都涉及到虛擬地址轉換為物理地址后,再去比對cache的過程。VIPT如下:

08428afc-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

PIPT如下:

085cdc0e-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

從圖上看起來,VIVT的硬件實現(xiàn)效率很高,不需要經(jīng)過MMU就可以去查cache了。不過,對軟件來說,這是個災難。因為VIVT有嚴重的歧義和別名問題。

歧義:一個虛擬地址先后指向兩個(或者多個)物理地址

別名:兩個(或者多個)虛擬地址同時指向一個物理地址

Cache別名問題

這里我們重點看別名問題。比如2個虛擬地址對應同一個物理地址,基于VIVT的邏輯,無論是INDEX還是TAG,2個虛擬地址都是可能不一樣的(盡管他們的物理地址一樣,但是物理地址在cache比對中完全不摻和),這樣它們完全可能在2個cacheline同時命中。

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由于2個虛擬地址指向1個物理地址,這樣CPU寫過第一個虛擬地址后,寫入cacheline1。CPU讀第2個虛擬地址,讀到的是過時的cacheline2,這樣就出現(xiàn)了不一致。所以,為了避免這種情況,軟件必須寫完虛擬地址1后,對虛擬地址1對應的cache執(zhí)行clean,對虛擬地址2對應的cache執(zhí)行invalidate。

而PIPT完全沒有這樣的問題,因為無論多少虛擬地址對應一個物理地址,由于物理地址一樣,我們是基于物理地址去尋找和比對cache的,所以不可能出現(xiàn)這種別名問題。

08a1dff2-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

那么VIPT有沒有可能出現(xiàn)別名呢?答案是有可能,也有可能不能。 如果VI恰好對于PI,就不可能,這個時候,VIPT對軟件而言就是PIPT了:

VI=PI
PT=PT

那么什么時候VI會等于PI呢?這個時候我們來回憶下虛擬地址往物理地址的轉換過程,它是以頁為單位的。假設一頁是4K,那么地址的低12位虛擬地址和物理地址是完全一樣的。回憶我們前面的地址:

YYYYY000000XXXXXX

其中紅色的000000是INDEX。在我們的例子中,紅色的6位和后面的XXXXXX(cache內(nèi)部偏移)加起來正好12位,所以這個000000經(jīng)過虛實轉換后,其實還是000000的,這個時候
VI=PI ,VIPT沒有別名問題。

我們原先假設的cache是:16KB大小的cache,假設是4路組相聯(lián),cacheline的長度是 64字節(jié)
,這樣我們正好需要紅色的6位來作為INDEX。但是如果我們把cache的大小增加為32KB,這樣我們需要
32KB/4/64B=128=2^7,也即7位來做INDEX。

YYYY0000000XXXXXX

這樣VI就可能不等于PI了,因為紅色的最高位超過了2^12的范圍,完全可能出現(xiàn)如下2個虛擬地址,指向同一個物理地址:

08b534a8-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

這樣就出現(xiàn)了別名問題,
我們在工程里,可能可以通過一些辦法避免這種別名問題,比如軟件在建立虛實轉換的時候,把虛實轉換往2^13而不是2^12對齊,讓物理地址的低13位而不是低12位與物理地址相同,這樣強行繞開別名問題,下圖中,2個虛擬地址指向了同一個物理地址,但是它們的INDEX是相同的,這樣VI=PI,就繞開了別名問題。這通常是PAGE
COLOURING技術中的一種技巧。

08c8de0e-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

如果這種PAGE
COLOURING的限制對軟件仍然不可接受,而我們又想享受VIPT的INDEX不需要經(jīng)過MMU虛實轉換的快捷?有沒有什么硬件技術來解決VIPT別名問題呢?確實是存在的,現(xiàn)代CPU很多都是把L1
CACHE做成VIPT,但是表現(xiàn)地(behave as)像PIPT。這是怎么做到的呢?

這要求VIPT的cache,硬件上具備alias detection的能力。比如,硬件知道YYYY 0000000 XXXXXX既有可能出現(xiàn)在第
0000000 ,又可能出現(xiàn)在 1000000
這2個set,然后硬件自動去比對這2個set里面是否出現(xiàn)映射到相同物理地址的cacheline,并從硬件上解決好別名同步,那么軟件就完全不用操心了。

下面我們記住一個簡單的規(guī)則:

對于VIPT,如果cache的size除以WAY數(shù),小于等于1個page的大小,則天然VI=PI,無別名問題;

對于VIPT,如果cache的size除以WAY數(shù),大于1個page的大小,則天然VI≠PI,有別名問題;這個時候又分成2種情況:

硬件不具備alias detection能力,軟件需要pagecolouring;

硬件具備alias detection能力,軟件把cache當成PIPT用。

比如cache大小64KB,4WAY,PAGE SIZE是4K,顯然有別名問題;這個時候,如果cache改為16WAY,或者PAGE
SIZE改為16K,不再有別名問題。為什么?感覺小學數(shù)學知識也能算得清

CACHE 的一致性

Cache的一致性有這么幾個層面

1.一個CPU的icache和dcache的同步問題

2.多個CPU各自的cache同步問題

3.CPU與設備(其實也可能是個異構處理器,不過在Linux運行的CPU眼里,都是設備,都是 DMA )的cache同步問題

09551d06-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

cache中的映射

1. 直接映射

一個內(nèi)存地址能被映射到的Cache line是固定的。就如每個人的停車位是固定分配好的,可以直接找到。缺點是:因為人多車位少,很可能幾個人爭用同一個車位,導致Cache淘汰換出頻繁,需要頻繁的從主存讀取數(shù)據(jù)到Cache,這個代價也較高。

2. 全相聯(lián)映射

主存中的一個地址可被映射進任意cache line,問題是:當尋找一個地址是否已經(jīng)被cache時,需要遍歷每一個cache line來尋找,這個代價很高。就像停車位可以大家隨便停一樣,停的時候簡單,找車的時候需要一個一個停車位的找了。
主存中任何一塊都可以映射到Cache中的任何一塊位置上。
全相聯(lián)映射方式比較靈活,主存的各塊可以映射到Cache的任一塊中,Cache的利用率高,塊沖突概率低,只要淘汰Cache中的某一塊,即可調(diào)入主存的任一塊。但是,由于Cache比較電路的設計和實現(xiàn)比較困難,這種方式只適合于小容量Cache采用。

3. 組相聯(lián)映射

組相聯(lián)映射實際上是直接映射和全相聯(lián)映射的折中方案,其組織結構如圖(3)所示。
主存和Cache都分組,主存中一個組內(nèi)的塊數(shù)與Cache中的分組數(shù)相同,組間采用直接映射,組內(nèi)采用全相聯(lián)映射。也就是說,將Cache分成2^u組,每組包含2^v塊,主存塊存放到哪個組是固定的,至于存到該組哪一塊則是靈活的。即主存的某塊只能映射到Cache的特定組中的任意一塊。主存的某塊b與Cache的組k之間滿足以下關系:k=b%(2^u).

icache、dcache同步 - 指令流( icache )和數(shù)據(jù)流( dcache

先看一下 ICACHEDCACHE 同步問題。由于程序的運行而言, 指令流的都流過icache ,而指令中涉及到的數(shù)據(jù)流經(jīng)過dcache 。所以對于自修改的代碼(Self-Modifying Code)而言,比如我們修改了內(nèi)存p這個位置的代碼(典型多見于JIT
compiler),這個時候我們是通過store的方式去寫的p,所以新的指令會進入dcache。但是我們接下來去執(zhí)行p位置的指令的時候,icache里面可能命中的是修改之前的指令。

09831896-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

所以這個時候軟件需要把dcache的東西clean出去,然后讓icache invalidate,這個開銷顯然還是比較大的。

但是,比如ARM64的N1處理器,它支持硬件的icache同步,詳見文檔:The Arm Neoverse N1 Platform: BuildingBlocks for the Next-Gen Cloud-to-Edge InfrastructureSoC

0991e290-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

特別注意畫紅色的幾行。軟件維護的成本實際很高,還涉及到icache的invalidation向所有核廣播的動作。

接下來的一個問題就是多個核之間的cache同步。下面是一個簡化版的處理器,CPU_A和B共享了一個L3,CPU_C和CPU_D共享了一個L3。實際的硬件架構由于涉及到NUMA,會比這個更加復雜,但是這個圖反映層級關系是足夠了。

09f4cacc-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

比如CPU_A讀了一個地址p的變量?CPU_B、C、D又讀,難道B,C,D又必須從RAM里面經(jīng)過L3,L2,L1再讀一遍嗎?這個顯然是沒有必要的,在硬件上,cache的snooping控制單元,可以協(xié)助直接把CPU_A的p地址cache拷貝到CPU_B、C和D的cache

0a03f92a-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

這樣A-B-C-D都得到了相同的p地址的棕色小球。

假設CPU B這個時候,把棕色小球寫成紅色,而其他CPU里面還是棕色,這樣就會不一致了:

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這個時候怎么辦?這里面顯然需要一個協(xié)議,典型的多核cache同步協(xié)議有MESI和MOESI。MOESI相對MESI有些細微的差異,不影響對全局的理解。下面我們重點看MESI協(xié)議。

MESI 協(xié)議

MESI協(xié)議定義了4種狀態(tài):

M(Modified) :
當前cache的內(nèi)容有效,數(shù)據(jù)已被修改而且與內(nèi)存中的數(shù)據(jù)不一致,數(shù)據(jù)只在當前cache里存在;類似RAM里面是棕色球,B里面是紅色球(CACHE與RAM不一致),A、C、D都沒有球。

0a35c73e-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

E(Exclusive 獨有的
:當前cache的內(nèi)容有效,數(shù)據(jù)與內(nèi)存中的數(shù)據(jù)一致,數(shù)據(jù)只在當前cache里存在;類似RAM里面是棕色球,B里面是棕色球(RAM和CACHE一致),A、C、D都沒有球。

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S(Shared) :當前cache的內(nèi)容有效,數(shù)據(jù)與內(nèi)存中的數(shù)據(jù)一致,數(shù)據(jù)在多個cache里存在。類似如下圖,在CPU A-B-C里面cache的棕色球都與RAM一致。

0a84bccc-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

I(Invalid) :當前cache無效。前面三幅圖里面cache沒有球的那些都是屬于這個情況。

然后它有個狀態(tài)機

0ab59248-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

這個狀態(tài)機比較難記,死記硬背是記不住的,也沒必要記,它講的cache原先的狀態(tài),經(jīng)過一個硬件在本cache或者其他cache的讀寫操作后,各個cache的狀態(tài)會如何變遷。所以,硬件上不僅僅是監(jiān)控本CPU的cache讀寫行為,還會監(jiān)控其他CPU的。只需要記住一點:這個狀態(tài)機是為了保證多核之間cache的一致性,比如一個干凈的數(shù)據(jù),可以在
多個CPU的cache share ,這個沒有一致性問題;但是,假設其中一個CPU寫過了,比如A-B-C本來是這樣:

0a84bccc-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

然后B被寫過了:

0aead714-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

這樣A、C的cache實際是過時的數(shù)據(jù),這是不允許的。這個時候,硬件會自動把A、C的cache
invalidate掉,不需要軟件的干預,A、C其實變地相當于不命中這個球了:

0b14661a-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.jpg

這個時候,你可能會繼續(xù)問,如果C要讀這個球呢?它目前的狀態(tài)在B里面是modified的,而且與RAM不一致,這個時候,硬件會把紅球clean,然后B、C、RAM變地一致,B、C的狀態(tài)都變化為S(Shared):

0b2aadee-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

這一系列的動作雖然由硬件完成,但是對軟件而言不是免費的,因為它耗費了時間。如果編程的時候不注意,引起了硬件的大量cache同步行為,則程序的效率可能會急劇下降。

為了讓大家直觀感受到這個cache同步的開銷,下面我們寫一個程序,這個程序有2個線程,一個寫變量,一個讀變量:

0b3a3d72-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

這個程序里,x和y都是cacheline對齊的,這個程序的thread1的寫,會不停地與thread2的讀,進行cache同步。

它的執(zhí)行時間為:

$time./a.out
real0m3.614s
user0m7.021s
sys0m0.004s

它在2個CPU上的userspace共運行了7.021秒,累計這個程序從開始到結束的對應真實世界的時間是3.614秒(就是從命令開始到命令結束的時間)。

如果我們把程序改一句話,把thread2里面的c = x改為c =
y,這樣2個線程在2個CPU運行的時候,讀寫的是不同的cacheline,就沒有這個硬件的cache同步開銷了:

0b919414-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

它的運行時間:

$time./b.out
real0m1.820s
user0m3.606s
sys0m0.008s

現(xiàn)在只需要1.8秒,幾乎減小了一半。

感覺前面那個a.out,雙核的幫助甚至都不大。如果我們改為單核跑呢?

$timetaskset-c0./a.out
real0m3.299s
user0m3.297s
sys0m0.000s

它單核跑,居然只需要3.299秒跑完,而雙核跑,需要3.614s跑完。單核跑完這個程序,甚至比雙核還快,有沒有驚掉下巴?!??!因為單核里面沒有cache同步的開銷。

下一個cache同步的重大問題,就是設備與CPU之間。如果設備感知不到CPU的cache的話(下圖中的紅色數(shù)據(jù)流向不經(jīng)過cache),這樣,做DMA前后,CPU就需要進行相關的cacheclean和invalidate的動作,軟件的開銷會比較大。

0baf8ad2-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

這些軟件的動作,若我們在Linux編程的時候,使用的是 streaming DMA APIs 的話,都會被類似這樣的API自動搞定:

dma_map_single()
dma_unmap_single()
dma_sync_single_for_cpu()
dma_sync_single_for_device()
dma_sync_sg_for_cpu()
dma_sync_sg_for_device()

如果是使用的 dma_alloc_coherent ()API呢,則設備和CPU之間的buffer是cache一致的,不需要每次DMA進行同步。對于不支持硬件cache一致性的設備而言,很可能dma_alloc_coherent()會把CPU對那段DMA
buffer的訪問設置為uncachable的。

這些API把底層的硬件差異封裝掉了,如果硬件不支持CPU和設備的cache同步的話,延時還是比較大的。那么,對于底層硬件而言,更好的實現(xiàn)方式,應該仍然是硬件幫我們來搞定。比如我們需要修改總線協(xié)議,延伸紅線的觸角:

0bcea5fc-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

當設備訪問RAM的時候,可以去snoop CPU的cache:

如果做內(nèi)存到外設的DMA,則直接從CPU的cache取modified的數(shù)據(jù);

如果做外設到內(nèi)存的DMA,則直接把CPU的cache invalidate掉。

這樣,就實現(xiàn)硬件意義上的cache同步。當然,硬件的cache同步,還有一些其他方法,原理上是類似的。注意,這種同步仍然不是免費的,它仍然會消耗bus
cycles的。實際上,cache的同步開銷還與距離相關,可以說距離越遠,同步開銷越大,比如下圖中A、B的同步開銷比A、C小。

09f4cacc-4e7d-11ed-a3b6-dac502259ad0.png

對于一個NUMA服務器而言,跨NUMA的cache同步開銷顯然是要比NUMA內(nèi)的同步開銷大。

意識到 CACHE 的編程

通過上一節(jié)的代碼,讀者應該意識到了cache的問題不處理好,程序的運行性能會急劇下降。所以意識到cache的編程,對程序員是至關重要的。

7-zip LZMA 基準

https://www.7-cpu.com/

LZMA基準說明

LZMA基準測試顯示了MIPS等級(每秒百萬條指令)。額定值是根據(jù)測得的速度計算得出的,并通過關閉多線程選項的Intel Core 2CPU的結果進行了標準化。因此,如果您擁有Intel或AMD的現(xiàn)代CPU,則單線程模式下的額定值必須接近實際CPU頻率。

該測試中用于壓縮的測試數(shù)據(jù)是使用特殊算法生成的,該算法創(chuàng)建的數(shù)據(jù)流具有真實數(shù)據(jù)的某些屬性,例如文本或執(zhí)行代碼。請注意,用于實際數(shù)據(jù)的LZMA的速度可能會略有不同。

壓縮速度 很大程度上取決于內(nèi)存(RAM)延遲,數(shù)據(jù)高速緩存大小/速度和TLB。CPU的無序執(zhí)行功能對該測試也很重要。

解壓縮速度在
很大程度上取決于CPU整數(shù)運算。該測試最重要的事情是:分支錯誤預測損失(流水線的長度)和32位指令的延遲(“乘”,“移位”,“加”和其他)。減壓測試具有大量不可預測的分支。請注意,某些CPU體系結構(例如32位ARM)支持可以有條件執(zhí)行的指令。因此,在LZMA解壓縮代碼中的許多情況下,此類CPU可以在沒有分支的情況下工作(也無需管道沖洗)。與不支持復雜的有條件執(zhí)行的其他體系結構相比,此類CPU具有一些速度優(yōu)勢。亂序執(zhí)行功能對于LZMA減壓并不那么重要。

測試代碼不使用FPU和SSE。大多數(shù)代碼是32位整數(shù)代碼。壓縮代碼中只有一小部分也使用64位整數(shù)。RAM和緩存帶寬對于這些測試而言并不那么重要。延遲要重要得多。

對于這些測試,CPU的IPC(每個周期的指令)速率不是很高。對于現(xiàn)代CPU,測試IPC的估計值為1(每個周期一條指令)。壓縮測試具有對RAM和數(shù)據(jù)緩存的大量隨機訪問。執(zhí)行時間中很大一部分,CPU等待數(shù)據(jù)緩存或RAM中的數(shù)據(jù)。在分支預測錯誤之后,減壓測試會進行大量的管道沖洗。如此低的IPC意味著有一些未使用的CPU資源。但是具有超線程功能的CPU可以使用兩個線程來加載這些CPU資源。因此,超線程在這些測試中提供了很大的改進。

多線程模式下的LZMA

當您指定(N *2)個線程進行測試時,程序將創(chuàng)建N份LZMA編碼器副本,并且每個LZMA編碼器實例都會壓縮單獨的測試數(shù)據(jù)塊。每個LZMA編碼器實例都會創(chuàng)建3個非對稱執(zhí)行線程:兩個大線程和一個小線程。這3個線程的總CPU負載可以在140%到200%之間變化。為了在壓縮過程中提供更好的CPU負載,我們還測試了基準線程數(shù)大于硬件線程數(shù)的模式。

每個處于多線程模式的LZMA編碼器實例將壓縮任務分為3個不同的任務,其中每個任務在單獨的線程中執(zhí)行。這些任務中的每一個都比原始任務簡單,并且使用更少的內(nèi)存。因此,每個線程在多線程模式下都會更有效地使用數(shù)據(jù)緩存和TLB。LZMA編碼器在“多線程”模式下將“速度”的值除以“
CPU使用率”會更有效。

請注意,LZMA編碼器的3個線程之間存在一些數(shù)據(jù)通信。因此,通過CPU線程之間的內(nèi)存進行數(shù)據(jù)交換的帶寬也很重要,尤其是在具有大量內(nèi)核或CPU的多核系統(tǒng)中。

所有LZMA解碼器線程都是對稱且獨立的。因此,如果使用了硬件線程數(shù),則解壓縮測試將使用所有硬件線程。

LZMA成績

我們將基準測試結果用于32 MB詞典(控制臺版本的結果中的“ 25:”行)。如果沒有32
MB的字典結果,則將結果用于較小的字典。大多數(shù)x86測試都是在Windows
7官方二進制文件上進行的。一些測試是在64位模式下執(zhí)行的。其他平臺上的大多數(shù)測試都是使用GCC編譯的p7zip進行速度優(yōu)化的。

新版本的7-Zip提供了改進的性能。例如,最新版本的x64平臺的7-Zip使用以匯編器編寫的用于解壓縮的優(yōu)化代碼,因此評級結果可以是以前版本的7-Zip的1.7倍。但是表中的大多數(shù)結果表示在進行這些優(yōu)化之前,使用舊版本的7-Zip執(zhí)行的度量。如果某些CPU已通過7-Zip的新版本進行了測試,則會在7-Zip的版本號上打上標記。

審核編輯:彭靜
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原文標題:深入理解CPU cache:組織、一致性(同步)、編程

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