实验五：存储体系实验

深圳大学实验报告

课程名称： 计算机系统(3)

实验项目名称： 存储体系实验

学院： 计算机与软件学院

专业： 计算机与软件学院所有专业

指导教师： *******

报告人： ***** 学号： ******* 班级：********

实验时间：2017年12月19日星期二

实验报告提交时间：2017年12月21日星期四

教务处制

注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。

一、实验目的

增进对cache工作原理的理解

体验程序中访存模式变化是如何影响cache效率进而影响程序性能的过程；

学习在X86真实机器上通过调整程序访存模式来探测多级cache结构以及TLB的大小。

二、实验内容

按照下面的实验步骤及说明，完成相关操作记录实验过程的截图： （1）x86 cache 层次结构的测量 （90分）

首先，设计一个用于测量x86系统上的cache层次结构的方案，然后设计出相应的代码；

然后，运行你的代码获得相应的测试数据。

最后，根据测试数据分析你的x86机器有几级cache，各自容量是多大。 （2）选做：尝试测量你L1 cache行的大小； （3）选做：尝试测量你的x86机器TLB有多大 （报告撰写质量10分）

三、实验环境

硬件：桌面PC 软件：Windows

四、实验步骤及说明

（1） x86 cache 层次结构的测量

一个程序从存储系统中读取数据的速率为读吞吐量，或者有时称为读带宽。如果一个程序在s秒的时间段内读n个字节，那么这段时间内的读吞吐量就等于n/s，典型的是以兆字节每秒(MB/s)为单位的。

如果我们要编写一个程序，它从一个紧密程序循环中发出一系列读请求，那么测量出的读吞吐量能让我们看到对于这个读序列来说的存储系统的性能。

关于这个测试，有两个基本的概念：时间局部性与空间局部性。

时间局部性：

被引用过一次的存储器位置在未来会被多次引用（通常在循环中）。

空间局部性：

如果一个存储器的位置被引用，那么将来他附近的位置也会被引用。

本实验使用的是x64位系统，配置如下图：

注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。

程序主程序代码如下图：

五、实验结果

运行程序，结果如下：

注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。

工作时间 4B 8B 16B 32B 64B 工作集大小 4K 8K 16K 32K 64K 128K 256K 512K 1M 1.8 1.8 1.8 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.3 1.5 1.6 1.6 1.6 1.5 1.6 1.3 1.5 1.1 0.4 0.1 0.1 0.1 1.8 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.6 1.5 1.1 0.5 0.1 0.1 0.1 1.8 1.5 1.6 1.6 3.6 3.7 3.7 3.7 3.7 3.1 2.1 0.1 0.1 0.1 1.8 1.6 1.5 1.6 3.7 3.6 3.6 3.7 3.7 3.7 3.1 2.3 0.1 0.1 0.1 1.5 1.6 1.6 1.6 3.7 5.2 6.3 6.3 6.5 8.3 7.5 3.6 2.8 0.3 0.1 0.1 1.6 1.6 1.6 1.9 4.2 7.1 12.1 13.5 16.4 21.1 22.6 19.2 16.0 9.2 1.2 0.1 0.1 1.6 1.6 1.6 2.0 5.0 2M 1.6 1.6 1.9 2.3 5.1 4M 1.6 1.9 2.4 3.7 9.1 38.4 56.1 58.8 75.1 96.3 37.4 26.2 25.5 19.0 13.3 7.2 5.1 0.1 0.1 8M 1.6 1.9 2.4 4.2 10.4 42.5 64.3 72.8 90.8 119.2 108.4 39.9 26.3 26.3 18.8 10.3 7.5 5.0 0.1 0.1 128B 1.1 1.4 256B 0.3 1.1 工作步幅大小 512B 0.1 0.3 1K 2K 4K 8K 16K 32K 64K 128K 256K 512K 1M 2M 4M 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 11.6 11.5 19.3 19.5 20.4 19.9 24.7 23.7 32.8 31.7 21.4 22.5 18.0 21.6 13.1 16.1 9.5 1.3 0.1 0.1 11.6 3.6 1.3 0.1 0.1 35.3 33.6 108.4 132.5 利用excel画出存储器山：

注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。

纵轴是时间，单位是s，从折线中可以看出在工作集大小为128KB，521KB和8M~16M之间有较大的波动。故可以推断分别为L1，L2，L3Cache的大小分别大约为：128KB，521KB注：1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。

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