用linux perf命令来分析程序的cpu cache miss现象

最新推荐文章于 2025-02-12 09:13:52 发布

涛歌依旧

最新推荐文章于 2025-02-12 09:13:52 发布

阅读量2w

点赞数 9

分类专栏： s2: 软件进阶 s2: Linux杂项 s4: 计算机组成

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/stpeace/article/details/80933940

版权

s2: 软件进阶同时被 3 个专栏收录

1053 篇文章

订阅专栏

s2: Linux杂项

461 篇文章

订阅专栏

s4: 计算机组成

57 篇文章

订阅专栏

本文通过两个小程序对比，分析了在C/C++中按行访问数组与按列访问数组的效率差异，并通过time命令与perf工具展示了不同访问方式对程序运行时间和缓存缺失的影响。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

先来看一段简单的程序：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)
{
	int a[1000][1000];
	if(1 == argc)
	{
		for(int i = 0; i < 1000; ++i)
		{
				for(int j = 0; j < 1000; ++j)
				{
						a[i][j] = 0;
				}
		}
	}
	else
	{
		for(int i = 0; i < 1000; ++i)
		{
				for(int j = 0; j < 1000; ++j)
				{
						a[j][i] = 0;
				}
		}
	}

	return 0;
}

上面有两个小程序片段，哪段效率高？显然，第一段效率高，为什么呢？因为在C/C++中，数组是按行存储的，程序的按行访问可以充分利用程序的局部性原理（空间局部性），用time命令来看看结果：

taoge$ time ./a.out 

real    0m0.006s
user    0m0.004s
sys     0m0.000s
taoge$ time ./a.out 

real    0m0.006s
user    0m0.004s
sys     0m0.000s
taoge$ time ./a.out 

real    0m0.006s
user    0m0.004s
sys     0m0.000s
taoge$ time ./a.out 1

real    0m0.009s
user    0m0.004s
sys     0m0.008s
taoge$ time ./a.out 1

real    0m0.010s
user    0m0.004s
sys     0m0.004s
taoge$ time ./a.out 1

real    0m0.010s
user    0m0.004s
sys     0m0.004s

显然，第二段程序的real time要大，用perf分析下原因：

taoge$ perf stat -e L1-dcache-load-misses ./a.out

 Performance counter stats for './a.out':

           101,870 L1-dcache-load-misses                                       

       0.005415735 seconds time elapsed

taoge$ 
taoge$ 
taoge$ perf stat -e L1-dcache-load-misses ./a.out

 Performance counter stats for './a.out':

           100,231 L1-dcache-load-misses                                       

       0.005486385 seconds time elapsed

taoge$ 
taoge$ 
taoge$ perf stat -e L1-dcache-load-misses ./a.out

 Performance counter stats for './a.out':

           103,496 L1-dcache-load-misses                                       

       0.005329914 seconds time elapsed

taoge$ 
taoge$ 
taoge$ perf stat -e L1-dcache-load-misses ./a.out 1

 Performance counter stats for './a.out 1':

         1,122,333 L1-dcache-load-misses                                       

       0.012910445 seconds time elapsed

taoge$ 
taoge$ 
taoge$ perf stat -e L1-dcache-load-misses ./a.out 1

 Performance counter stats for './a.out 1':

         1,093,971 L1-dcache-load-misses                                       

       0.009197791 seconds time elapsed

taoge$ 
taoge$ 
taoge$ perf stat -e L1-dcache-load-misses ./a.out 1

 Performance counter stats for './a.out 1':

         1,099,561 L1-dcache-load-misses                                       

       0.009234823 seconds time elapsed

taoge$

显而易见了， cache miss太多了。

理论联系实际地理解一下，有好处。