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CacheSim-3 详细实现check_cache_hit等函数

Introduction

CacheSim 简单的Cache模拟器专辑目录

本文详细说明 load_trace 、 check_cache_hit 等函数。

1.程序入口

main.cpp 主要针对一个测试文件，配置了不同cache line大小，不同组相联路数，不同的替换策略。默认使用写回法。默认cache大小32KB（0x8000 Bytes）。

在每次循环里，首先初始化cache的配置，然后设置替换策略，最后读入trace文件并开始模拟内存读写过程。

2.初始化

在类CacheSim的构造函数里，主要根据上一章一些变量的意义进行了初始化，主要还是注意shifts的两个变量，使用库函数 log2() 算出位数。

cache line实际是存储在caches变量中， memset 填充0，则cache line的flag默认也是填充的0。

注意记得析构函数中对caches和cache_buf的释放。

3. `load_trace` 加载trace文件函数

读取trace文件的指令，trace文件的格式在前面已经介绍过，有关trace的生成等请看英文原文 ,trace文件是通过intel的 pin工具生成的虚拟地址。

通过 fgets 函数读文件到buf字符数组里，然后 sscanf 从buf里格式化读入一行指令，注意，原文件里是 s 0x1fffff50 1 的格式，最后一个参数我们先不考虑，因此只读入了指令类型（store or read）和内存地址。

通过判断 style 来决定是读还是写，每读取（执行）一条，我们的 tick_count 就

，同样用来记录是读写的计数器也相应

。

rcount/wcount 是来统计读写指令的数量，而 cache_r_count/cache_w_count 是统计内存和cache进行数据读写的次数。在cache miss找到替换line时，如果找到的line中是脏数据，需要将其写回到内存中，此时就产生了数据通信，同样将数据从内存中加载到这个替换line中也有数据通信。

trace文件处理完成后，就是打印结果。目前主要关注的三个方面：

指令计数
miss率/hit率
读写数据通信

4. `check_cache_hit`

do_cache_op 分析一条指令

int CacheSim::check_cache_hit(_u32 set_base, _u32 addr) {     /**循环查找当前set的所有way（line），通过tag匹配，查看当前地址是否在cache中*/     _u32 i;     for (i = 0; i < cache_mapping_ways; ++i) {         if ((caches[set_base + i].flag & CACHE_FLAG_VAILD) && (caches[set_base + i].tag == ((addr >> (cache_set_shifts + cache_line_shifts))))) {             return set_base + i;         }     }     return -1; }

传入参数是地址和读写的标记。对于load和store指令而言，只有两种情况：hit or miss。则中间主要涉及三个部分：检查是否命中、命中之后的操作、miss之后的操作。

int CacheSim::check_cache_hit(_u32 set_base, _u32 addr)

检查命中的传参有两个，一个是set的基址，一个是当前trace中的内存地址。

set = (addr >>cache_line_shifts) % cache_set_size; set_base = set * cache_mapping_ways;

根据第一章中我们对地址的区域划分，来获取当前地址映射到了cache的哪一个set中去了。而cache在模拟器中是作为一维数组对待的，所以还需要获取这个set的首地址。命中与否的判定则是根据tag的匹配情况，如果当前地址addr的tag和我们cache中映射set中的某一个line tag相同( caches[set_base + i].tag == ((addr >> (cache_set_shifts + cache_line_shifts))) )，且这个line是有效的( caches[set_base + i].flag & CACHE_FLAG_VAILD )，那么返回这个line的在这个一维数组cache的index。如果当前set中没有找到，说明这个addr中的数据并没有加载到cache上，返回-1。

5.命中之后的操作

if (index >= 0) {     cache_hit_count++;     //只有在LRU的时候才更新时间戳，第一次设置时间戳是在被放入数据的时候。所以符合FIFO     if (CACHE_SWAP_LRU == swap_style)         caches[index].lru_count = tick_count;     //直接默认配置为写回法，即要替换或者数据脏了的时候才写回。     //命中了，如果是改数据，不直接写回，而是等下次，即没有命中，但是恰好匹配到了当前line的时候，这时的标记就起作用了，将数据写回内存     if (!is_read)         caches[index].flag |= CACHE_FLAG_DIRTY; }

如果命中了，皆大欢喜，命中计数++，如果替换算法是LRU，则更新一下时间戳（有关时间戳的事情后面会详细说明）。

如果是一个写内存的操作，则需要把命中的这个cache line标志设置为脏，因为指令的意思是往这个内存地址写数据，而cache中原来有一份数据，由于我们的默认cache写的方式是写回法（写回法，write back，即写cache时不写入主存，而当cache数据被替换出去时才写回主存），因此这里只是先标记为脏数据，等该line要被替换出去的时候，再把该line中的数据写回到内存。