操作系统 — 了解CPU cache

阳光穿透心脏的1/2处 2022-05-30 11:05 126阅读 0赞

# CPU cache #

Cache一词源自法语，其原意为"藏匿处，隐藏的地方". Cache被应用于计算机科学之后，专指CPU与主内存之间的存储器高速缓冲器

，Cache的出现是为了缓解CPU的存储需求与主内存的存取性能之间越来越大的差距.现代CPU的Cache都是集成在片内的，越靠近CPU

流水线的Cache由于需要极其快速的存取速度，只能保持越小的容量，并且单位容量的成本越高.因此，为了进一步缓解需求与性能

之间的差距，并应对不断增大的主内存，最新的CPU都采用了三级Cache结构.

1.靠近CPU流水线的L1 Cache速度最快，容量最小

2.L2 Cache速度与容量都居中

3.靠近主内存的L3 Cache则是容量最大，但速度相对最慢(仍然比主内存快很多).

局部性原理

一般的计算机程序对存储器的访问行为，存在很大的局部性，主要分为两个方面：

时间局部性：既程序会在一个比较短的时间窗口内频繁访问同一个内存地址.

空间局部性：既程序会倾向于访问一组数据或者一个数据相邻的数据.

Cache正是利用了程序访存的这两个局部性特点，将程序最常使用的指令与数据放在离CPU流水线最近的地方，以便在需要时最快获

取这部分指令与数据.

当我们了解到局部性原理后，我们就会有一个新的概念，有的时候，我们需要将进程运行在指定的CPU内核当中. 为什么？ 因为当

你上一个进程运行完，如果当前进程需要上一个进程的数据，这个时候该CPU当中Cache中拥有上一个进程的热数据，当前进程可

以直接拿起来使用. 所以当你持续让你的程序尽量可以使用到热数据，不用再在的CPU上重新加载，那么你的程序性能就会高很多.

在"多核CPU调优"章节，提到"我们不能任由操作系统负载均衡，因为我们自己更加了解自己的程序，所以，我们可以手动为其分配

CPU核，而不会过多的占用CPU0，或者是让我们关键进程和一堆别的进程挤在一起" 上一段说到的就是原因.

1.taskset

taskset是Linux提供的一个命令，他可以让某个程序运行在某个某些CPU上.

1）显示进程运行的CPU

命令： taskset -p 21184

2）指定进程运行在某个特定的CPU上

命令：taskset -pc 3 21184

3)进程启动时指定CPU

命令：taskset -c 1 ./a.out

2.sched\_setaffinity系统调用

sched\_setaffinity可以将某个进程绑定在一个特定的CPU. 你比操作系统跟了解你自己的程序，为了避免调度器愚蠢的调度你的程

序，或者是为了在多线程程序中避免缓存失效造成的开销，你可能会希望这样做.

NAME
           sched_setaffinity, sched_getaffinity - set and get a process’s CPU affinity mask
    
    SYNOPSIS
           #define _GNU_SOURCE
           #include <sched.h>
    
           int sched_setaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize,cpu_set_t *mask);
    
           int sched_getaffinity(pid_t pid, size_t cpusetsize,cpu_set_t *mask);

父进程和子进程之间会继承对affinity的设置，因此，大胆猜测，taskset实际上是首先执行了sched\_setaffinity系统调用，然后

fork+exec用户指定的进程.

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