关于linux:听说你只知内存而不知缓存CPU表示很伤心

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个别咱们的开发同学们都晓得本人机器的 CPU 是几核、内存是多大。然而对于 CPU 外部对程序性能影响较大的缓存却是只知其一; 不知其二。有些开发同学都是计算机的缓存有 L1、L2、L3，然而再具体一点的问题，可能就很少有同学能答的残缺了。如果上面这几个问题你能脱口而出，请跳过本节。例如：

缓存到底在哪里？
L1 有几种？
你的缓存有几级，别离是多大？
你的 24 核的机器，一二三级缓存别离有几个，存在共享的状况吗？

其实缓存对计算机程序运行性能影响极大，然而他们在开发同学心目中的存在感却不如内存高。要晓得 CPU 缓存以及缓存算法的设计是古代 CPU 设计的外围工作之一。飞哥感觉缓存们肯定感到很伤心。

其实在 286 之前的时代的 CPU 本是没有缓存的，因为过后的 CPU 和内存速度差别没有当初这么大,CPU 间接拜访内存。然而到 386 时代，CPU 和内存的速度不匹配了，第一次呈现了缓存。而且最早的缓存并没有放在 CPU 模块里，而是放在主板上的。再往后 CPU 越来越快，当初 CPU 的速度比内存要快百倍以上，所以就逐渐演化出了 L1、L2、L3 三级缓存构造，而且都集成到的 CPU 芯片里，以进一步提高访问速度。

咱们来看下古代 Intel 的 CPU 架构的根本构造。

L1 最靠近于 CPU，速度也最快，然而容量最小。个别古代 CPU 的 L1 会分成两个，一个用来 cache data，一个用来 cache code，这是因为 code 和 data 的更新策略并不相同，而且因为 CISC 的变长指令，code cache 要做非凡优化。个别每个核都有本人独立的 data L1 和 code L1。
越往下，速度越慢，容量越大。L2 个别也能够做到每个核一个独立的。然而 L3 个别就是整颗 CPU 共享的了。
UEFIBlog 里提供了一个比拟好的物理解剖图，比拟好地展现了进去：

下面介绍的只是抽象的概念。然而每个 CPU 的缓存都是不一样的，而且“纸上得来终觉浅”，我感觉咱们还是有必要进行下一步的实机勘探工作。

Linux 的内核的开发者定义了一套框架模型来实现这一目标，它就是 CPUFreq 零碎。
CPUFreq 提供的 sysfs 接口，能够让咱们看到比 /proc/cpuinfo 更为具体的 CPU 详细信息。

# cd /sys/devices/system/cpu/;ll
drwxr-xr-x 7 root root    0 Apr 15 15:29 cpu0  
drwxr-xr-x 7 root root    0 Apr 15 15:29 cpu1  
......

L1 一级缓存查看：

# cat cpu0/cache/index0/level  
1  
# cat cpu0/cache/index0/size  
32K  
# cat cpu0/cache/index0/type  
Data  
# cat cpu0/cache/index0/shared_cpu_list  
0,12  
# cat cpu0/cache/index1/level  
1
# cat cpu0/cache/index1/size  
32K  
# cat cpu0/cache/index1/type  
Instruction  
# cat cpu0/cache/index1/shared_cpu_list  
0,12

从下面的 level 接口能够看出 index0 和 index1 都是一级缓存，只不过一个是 Data 数据缓存，一个是 Instruction 也就是代码缓存。
等等，下面提到的是每个 Core 是独立的 L1 缓存，为什么 shared_cpu_list 显示有共享？对了咱们这里看到的 cpu0 并不是物理 Core，而是逻辑核，都是超线程技术虚构进去的。实际上 cpu0 和 cpu12 是属于一个物理 Core，所以每个 Data L1 和 Instruction 是这两个逻辑核共享的。
我的这台电脑里，总共是有 12 个 Data L1,12 个 Instrunction L1，大小都是 32K。

L2 二级缓存查看：

# cat cpu0/cache/index2/size  
256K  
# cat cpu0/cache/index2/type 
Unified  
# cat cpu0/cache/index2/shared_cpu_list  
0,12

二级缓存要比一级缓存大不少，有 256K，然而不分 Data 和 Instruction。另外 L2 和 L1 一样，也是总共有 12 个，每两个逻辑核共享一个 L2。

L3 三级缓存查看：

# cat cpu0/cache/index3/size  
12288K  
# cat cpu0/cache/index3/type  
Unified  
# cat cpu0/cache/index3/shared_cpu_list  
0-5,12-17  
#cat cpu6/cache/index3/shared_cpu_list  
6-11,18-23

L3 达到了 12M，你去买 CPU 的时候商品里能看到的缓存属性个别通知你的就是这个 L3 属性。因为 L3 要比 L2 和 L1 看起来要大的多，能激发你购买的欲望。但实际上我的这台电脑里 L3 只有两个，每个 CPU 各一个，不像是 L2、L1 有很多。第 0 -5,12-17 号逻辑核共享一个 L3，因为它们是在一个物理 CPU 上。6-11,18-23 共享另一个。

另外，Linux 上还有个 dmidecode 命令，也能查看到一些对于 CPU 缓存的信息，感兴趣的小伙伴们能够试试

# dmidecode -t cache

可能有的同学会问了，我用的操作系统是 windows 啊，怎么看？关上 cmd 命令行，输出以下命令试试吧，飞哥在 windows 上晓得的就这么多了，感兴趣的话你本人 google 上搜搜吧。

# wmic cpu get L2CacheSize,L3CacheSize

Cache Line: 咱们后面只介绍了各个级别的缓存，然而这外面有个很重要的概念就是 Cache Line，就是本级缓存向下一层取数据时的根本单位。能够通过如下形式查看：

# cd /sys/devices/system/cpu/;ll
# cat cpu0/cache/index0/coherency_line_size
64
# cat cpu0/cache/index1/coherency_line_size
64
# cat cpu0/cache/index2/coherency_line_size
64
# cat cpu0/cache/index3/coherency_line_size
64

能够看到 L1、L2、L3 的 Cache Line 大小都是 64 字节（留神是字节）。就是说每次 cpu 从内存获取数据的时候，都是以该单位来进行的，哪怕你只取一个 bit，CPU 也是给你取一个 Cache Line 而后放到各级缓存里存起来。请大家牢牢记住这个概念，当前的文章中咱们会用到。

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