英特尔 CPU 缓存策略

Question

我有一台配备 Intel(R) Core(TM) i5-2450M CPU @ 2.50GHz 处理器的笔记本电脑。 我在 Ubuntu 12.04 (x86_64) 上，正在尝试查找有关我的处理器的一些信息。

我能够找到我正在寻找的大部分信息

cat /proc/cpuinfo

和

lscpu

我还想知道在每个缓存级别上使用的缓存策略。是回写还是直写？

有什么工具可以用来查找此类信息吗？

提前致谢。

Answer 1

这不是你可以从 CPUID 等查询的东西，也不能配置你的 CPU 来做其中一个或另一个，因此不存在用于查询的工具。您可以查询的是缓存关联性、缓存行大小和缓存大小，例如通过/proc/cpuinfo。

在过去一/二十年中，所有与 Intel 兼容的 CPU 都对缓存使用了回写策略（假定首先获取缓存行以允许部分写入）。当然这是理论，现实比这要复杂一些。

几乎所有处理器（包括您的型号）都具有一种或多种形式的写入组合（或自 Merom 以来英特尔称其为填充缓冲区），并且除了最古老的英特尔兼容 CPU 之外，所有处理器都支持来自 SSE 寄存器的未缓存写入（这又是使用一种写组合的形式）。当然，还有片上缓存一致性协议和窥探过滤等机制来确保一个处理器的内核之间以及多处理器系统中不同处理器之间的缓存一致性。
尽管如此——一般的缓存策略仍然是回写的。

Answer 2

David Kanter 非常出色的英特尔 Sandybridge 文章涵盖了 the memory subsystem and cache architecture：L1D 是英特尔常用的回写，而每个内核的 L2 也是回写。 L3 也是如此（这是一个由芯片上所有内核共享的大型包容性缓存）。

另请参阅Which cache mapping technique is used in intel core i7 processor?，了解有关各代 Intel CPU 的更多详细信息。

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AMD 采用了截然不同的方法：Their L1 cache is write-through, but with a tiny 4k write-combining-cache. 在 AMD 上不断重写大于 4k 的缓冲区将在（慢）L2 而不是 L1 上出现瓶颈。

Agner 博客上的帖子中的一张海报声称 BD 的 L2 也是直写的，但 Paul Clayton 的 cmets 对此答案不同意。 （我倾向于相信保罗。）

AMD Ryzen 幸运的是使用了普通的回写 32kiB 8 路 L1D，带有私有回写 512kiB L2。 L3 是共享的 8MB 受害者缓存。它是回写的，但受害者缓存意味着数据仅在从 L1/L2 驱逐时才进入它，而不是直接用于加载/预取。每个 4 核的核心集群（CCX 模块）都有自己的 8MB L3，以及latency/bandwidth between cores in different clusters is bad。

关于缓存层次结构的意义远不止回写与直写，尽管大多数差异对于单线程程序并不重要。 （除非操作系统的进程调度程序在 Ryzen 上的集群之间移动它们，在这种情况下它很糟糕。）

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在我的 SnB 系统上：

sudo dmidecode

产生的输出包括：

Handle 0x0005, DMI type 7, 19 bytes
Cache Information
        Socket Designation: L1-Cache
        Configuration: Enabled, Not Socketed, Level 1
        Operational Mode: Write Back
        Location: Internal
        Installed Size: 32 kB
        Maximum Size: 32 kB
        Supported SRAM Types:
                Other
        Installed SRAM Type: Other
        Speed: Unknown
        Error Correction Type: None
        System Type: Unified
        Associativity: 8-way Set-associative

所以缓存是回写的事实至少在 BIOS 中，如果这是值得信赖的。我很好奇它在 AMD CPU 上显示了什么，或者 BIOS 编写者是否倾向于“编造一些东西”，有时会在那里输入错误的值。

正如this question 指出的那样，L2 的信息有点虚假：它总计私有 256k-per-core L2：

Handle 0x0006, DMI type 7, 19 bytes
Cache Information
        Socket Designation: L2-Cache
        Configuration: Enabled, Not Socketed, Level 2
        Operational Mode: Varies With Memory Address
        Location: Internal
        Installed Size: 1024 kB
        Maximum Size: 1024 kB
        Supported SRAM Types:
                Other
        Installed SRAM Type: Other
        Speed: Unknown
        Error Correction Type: None
        System Type: Unified
        Associativity: 8-way Set-associative

Handle 0x0007, DMI type 7, 19 bytes
Cache Information
        Socket Designation: L3-Cache
        Configuration: Enabled, Not Socketed, Level 3
        Operational Mode: Unknown
        Location: Internal
        Installed Size: 6144 kB
        Maximum Size: 6144 kB
        Supported SRAM Types:
                Other
        Installed SRAM Type: Other
        Speed: Unknown
        Error Correction Type: None
        System Type: Unified
        Associativity: Other

这是在 i5-2500k（四核 SnB 和 6MiB 的 L3）上