os_labs/lab12/README.md

Лабораторная работа №12

Проанализируйте cache.c и с ее использованием исследуйте параметры кэша на вашем компьютере. Для этого

1. постройте графики времени доступа как функции длины массива, шага выборки и размера буфера.
2. на их основе сформулируйте обоснованные гипотезы о размере кэша, размере блока, наличию кэша более высокого уровня.
3. сравните свои оценки с реальными значениями, полученными через вызов системных функций или из технического описания вашего компьютера.

График:

Как видно из графика, стремительный рост access time происходит на 2^22 B, что примерно равно 4 мегабайтам. Из этого можно предположить, что размер кэша -- 4Мб. На размере блока выше 64 байт происходит увеличение access time, что может быть связано с тем, что физический размер блока -- 64 байта. Также наблюдаются ускорения при размере 2^22, что может говорить о существовании некоторых кэша размером в 4 Мб.

Видны изменения во времени на 2^19, что равно 512 Кб. Скорее всего, это L2-кэш (исходя из средних размеров кэшей на современных процессорах).

Вывод cat /proc/cpuinfo:

...
cache size      : 3072 KB
bugs            : cpu_meltdown spectre_v1 spectre_v2 spec_store_bypass l1tf mds swapgs itlb_multihit srbds
bogomips        : 3792.26
clflush size    : 64
cache_alignment : 64
address sizes   : 39 bits physical, 48 bits virtual
...

Вывод lscpu:

...
L1d cache:                       64 KiB
L1i cache:                       64 KiB
L2 cache:                        512 KiB
L3 cache:                        3 MiB
Vulnerability Itlb multihit:     KVM: Mitigation: Split huge pages
Vulnerability L1tf:              Mitigation; PTE Inversion; VMX conditional cache flushes, SMT vulnerable
Vulnerability Mds:               Mitigation; Clear CPU buffers; SMT vulnerable
Vulnerability Meltdown:          Mitigation; PTI
Vulnerability Spec store bypass: Mitigation; Speculative Store Bypass disabled via prctl and seccomp
Vulnerability Spectre v1:        Mitigation; usercopy/swapgs barriers and __user pointer sanitization
Vulnerability Spectre v2:        Mitigation; Full generic retpoline, IBPB conditional, IBRS_FW, STIBP conditional, RSB filling
Vulnerability Srbds:             Mitigation; Microcode
Vulnerability Tsx async abort:   Not affected
...

Исходя из этих данных, можно предположить, что в связи с патчами для устранения уязвимостей процессора (Spectre, Meltdown, L1TF и прочие) график может не вполне корректно отражать реальное положение дел.

Но выводы оказались достаточно приближены к действительности: мы видим два L1-кэша размера 64 Кб (не видно на графике, т.к. 2^16 Б меньше левой границы графика), L2-кэш размера 512 Кб (2^19 Б) и L3-кэш размера 3 Мб (~2^(21.6) Б).