CSI-S2：编写高速缓存友好的代码

最新推荐文章于 2025-07-23 18:48:35 发布

esli

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分类专栏：深入理解计算机系统文章标签：性能优化缓存存储系统操作系统 cache

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/u012960981/article/details/23348127

本文深入分析了缓存在存储系统中的作用，通过矩阵转置、颜色设置和矩阵乘法的代码实例，阐述了如何编写高速缓存友好的代码。文章指出，优化缓存不命中率能显著提升程序性能，建议关注核心函数中的循环，选择步长为1的引用，以及利用分块技术增强时间局部性。

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在CSI-VII一篇中，我们了解了存储器系统的层次结构，并知道了层次结构自上而下使用了缓存(cashing)技术，因此我们着重介绍了存储系统中高速缓存的工作原理。本篇内容，我们通过分析几个代码实例来分析高速缓存如何影响程序，并提出如何编写高速缓存友好代码的方法。

代码实例

1. 首先让我们看第一个方法transpose，这是一个矩阵转置函数，定义如下：

 Typedef int array[2][2];
 Void transpose(array dst,array src)
{
         Int I,j;
         For(i=0;i<2;i++)
             For(j=0;j<2;j++){
                  Dst[j][i]=src[i][j];
             }
}

通过这个方法我们先看如何分析缓存的命中情况，在这之前我们假设代码运行的机器具有如下属性：

Sizeof(int)=4。

只有一个L1数据高速缓存，它是直接映射、直写、写分配的，块大小为8字节。

缓存大小为16个数据字节，初始为空。

Src数组地址从开始，dSt数组地址从16开始。

据此我们可以给出内存和缓存的映射关系：

根据这样的映射关系，我们可以看出每次对于读src或者写Dst数组，都会加载数据到缓存，并且刚好每行只能够放2个元素。例如当我们读元素src[0][0]时，会加载src[0][0],src[0][1]到同一高速缓存行中，这是有其在主存中的地址所决定的。同样，加载dst[0][0]时，也会将dst[0][1]加载进来。对于两个数组中的每个元素，下面的表格给出了其命中情况，m代表不命中，h代表命中。