Editar: Para fins de referência (se alguém se depara com esta questão), Igor Ostrovsky escreveu umótimo post sobre falhas de cache. Ele discute vários problemas diferentes e mostra números de exemplo.End Edit

Fiz alguns testes<long story goes here> e estou querendo saber se uma diferença de desempenho é devido a falta de memória cache. O código a seguir demonstra o problema e o resume à parte de tempo crítico. O código a seguir possui alguns loops que visitam a memória em ordem aleatória e, em seguida, na ordem crescente de endereços.

Eu corri em uma máquina XP (compilada com VS2005: cl / O2) e em uma caixa Linux (gcc –Os). Ambos produziram tempos semelhantes. Esses tempos estão em milissegundos. Acredito que todos os loops estão em execução e não estão otimizados (caso contrário, seriam executados “instantaneamente”).

*** Testing 20000 nodes
Total Ordered Time: 888.822899
Total Random Time: 2155.846268

Esses números fazem sentido? A diferença é principalmente devido a erros de cache L1 ou algo mais está acontecendo também? Existem 20.000 ^ 2 acessos de memória e se todos forem um erro de cache, isto é, cerca de 3,2 nanossegundos por falta. A máquina XP (P4) que eu testei é de 3.2GHz e eu suspeito (mas não sei) tem um cache L1 de 32KB e 512KB L2. Com 20.000 entradas (80KB), presumo que não haja um número significativo de erros de L2. Então isso seria(3.2*10^9 cycles/second) * 3.2*10^-9 seconds/miss) = 10.1 cycles/miss. Isso parece alto para mim. Talvez não seja, ou talvez minha matemática seja ruim. Eu tentei medir falhas de cache com VTune, mas eu tenho um BSOD. E agora não consigo conectá-lo ao servidor de licenças (grrrr).

typedef struct stItem
{
   long     lData;
   //char     acPad[20];
} LIST_NODE;



#if defined( WIN32 )
void StartTimer( LONGLONG *pt1 )
{
   QueryPerformanceCounter( (LARGE_INTEGER*)pt1 );
}

void StopTimer( LONGLONG t1, double *pdMS )
{
   LONGLONG t2, llFreq;

   QueryPerformanceCounter( (LARGE_INTEGER*)&t2 );
   QueryPerformanceFrequency( (LARGE_INTEGER*)&llFreq );
   *pdMS = ((double)( t2 - t1 ) / (double)llFreq) * 1000.0;
}
#else
// doesn't need 64-bit integer in this case
void StartTimer( LONGLONG *pt1 )
{
   // Just use clock(), this test doesn't need higher resolution
   *pt1 = clock();
}

void StopTimer( LONGLONG t1, double *pdMS )
{
   LONGLONG t2 = clock();
   *pdMS = (double)( t2 - t1 ) / ( CLOCKS_PER_SEC / 1000 );
}
#endif



long longrand()
{
   #if defined( WIN32 )
   // Stupid cheesy way to make sure it is not just a 16-bit rand value
   return ( rand() << 16 ) | rand();
   #else
   return rand();
   #endif
}

// get random value in the given range
int randint( int m, int n )
{
   int ret = longrand() % ( n - m + 1 );
   return ret + m;
}

// I think I got this out of Programming Pearls (Bentley).
void ShuffleArray
(
   long *plShuffle,  // (O) return array of "randomly" ordered integers
   long lNumItems    // (I) length of array
)
{
   long i;
   long j;
   long t;

   for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
      plShuffle[i] = i;

   for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
      {
      j = randint( i, lNumItems - 1 );

      t = plShuffle[i];
      plShuffle[i] = plShuffle[j];
      plShuffle[j] = t;
      }
}



int main( int argc, char* argv[] )
{
   long          *plDataValues;
   LIST_NODE     *pstNodes;
   long          lNumItems = 20000;
   long          i, j;
   LONGLONG      t1;  // for timing
   double dms;

   if ( argc > 1 && atoi(argv[1]) > 0 )
      lNumItems = atoi( argv[1] );

   printf( "\n\n*** Testing %u nodes\n", lNumItems );

   srand( (unsigned int)time( 0 ));

   // allocate the nodes as one single chunk of memory
   pstNodes = (LIST_NODE*)malloc( lNumItems * sizeof( LIST_NODE ));
   assert( pstNodes != NULL );

   // Create an array that gives the access order for the nodes
   plDataValues = (long*)malloc( lNumItems * sizeof( long ));
   assert( plDataValues != NULL );

   // Access the data in order
   for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
      plDataValues[i] = i;

   StartTimer( &t1 );

   // Loop through and access the memory a bunch of times
   for ( j = 0; j < lNumItems; j++ )
      {
      for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
         {
         pstNodes[plDataValues[i]].lData = i * j;
         }
      }

   StopTimer( t1, &dms );
   printf( "Total Ordered Time: %f\n", dms );

   // now access the array positions in a "random" order
   ShuffleArray( plDataValues, lNumItems );

   StartTimer( &t1 );

   for ( j = 0; j < lNumItems; j++ )
      {
      for ( i = 0; i < lNumItems; i++ )
         {
         pstNodes[plDataValues[i]].lData = i * j;
         }
      }

   StopTimer( t1, &dms );
   printf( "Total Random Time: %f\n", dms );

}