據說你只知內存，而不知緩存？CPU表示很傷心！

通常咱們的開發同窗們都知道本身機器的CPU是幾核、內存是多大。可是對於CPU內部對程序性能影響較大的緩存倒是隻知其一;不知其二。有些開發同窗都是計算機的緩存有L一、L二、L3，可是再詳細一點的問題，可能就不多有同窗能答的完整了。若是下面這幾個問題你能脫口而出，請跳過本節。例如：

• 緩存究竟在哪裏？
• L1有幾種？
• 你的緩存有幾級，分別是多大？
• 你的24核的機器，一二三級緩存分別有幾個，存在共享的狀況嗎？

其實緩存對計算機程序運行性能影響極大，可是他們在開發同窗心目中的存在感卻不如內存高。要知道CPU緩存以及緩存算法的設計是現代CPU設計的核心任務之一。飛哥以爲緩存們必定感到很傷心。

Intel CPU體系結構

其實在286以前的時代的CPU本是沒有緩存的，由於當時的CPU和內存速度差別沒有如今這麼大,CPU直接訪問內存。可是到386時代，CPU和內存的速度不匹配了，第一次出現了緩存。並且最先的緩存並無放在CPU模塊裏，而是放在主板上的。再日後CPU愈來愈快，如今CPU的速度比內存要快百倍以上，因此就逐步演化出了L一、L二、L3三級緩存結構，並且都集成到的CPU芯片裏，以進一步提升訪問速度。

咱們來看下現代Intel的CPU架構的基本結構。

L1最接近於CPU，速度也最快，可是容量最小。通常現代CPU的L1會分紅兩個，一個用來cache data，一個用來cache code，這是由於code和data的更新策略並不相同，並且由於CISC的變長指令，code cache要作特殊優化。 通常每一個核都有本身獨立的data L1和code L1。
越往下，速度越慢，容量越大。L2通常也能夠作到每一個核一個獨立的。可是L3通常就是整顆CPU共享的了。
UEFIBlog裏提供了一個比較好的物理解剖圖，比較好地展現了出來：

實際查看

上面介紹的只是籠統的概念。可是每一個CPU的緩存都是不同的，並且「紙上得來終覺淺」，我以爲咱們仍是有必要進行下一步的實機勘探工做。

Linux的內核的開發者定義了一套框架模型來完成這一目的，它就是CPUFreq系統。
CPUFreq提供的sysfs接口，可讓咱們看到比/proc/cpuinfo更爲詳細的CPU詳細信息。

# 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  
......

• L1一級緩存查看：

# 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

從上面的level接口能夠看出index0和index1都是一級緩存，只不過一個是Data數據緩存，一個是Instruction也就是代碼緩存。
等等，上面提到的是每一個Core是獨立的L1緩存，爲何shared_cpu_list顯示有共享？對了咱們這裏看到的cpu0並非物理Core，而是邏輯核，都是超線程技術虛擬出來的。 實際上cpu0和cpu12是屬於一個物理Core，因此每一個Data L1和Instruction是這兩個邏輯核共享的。
個人這臺電腦裏，總共是有12個Data L1,12個Instrunction L1，大小都是32K。

• L2二級緩存查看：

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

二級緩存要比一級緩存大很多，有256K，可是不分Data和Instruction。另外L2和L1同樣，也是總共有12個，每兩個邏輯核共享一個L2。

• L3三級緩存查看：

# 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達到了12M，你去買CPU的時候商品裏能看到的緩存屬性通常告訴你的就是這個L3屬性。由於L3要比L2和L1看起來要大的多，能激發你購買的慾望。但實際上個人這臺電腦裏L3只有兩個，每一個CPU各一個，不像是L二、L1有不少。第0-5,12-17號邏輯核共享一個L3，由於它們是在一個物理CPU上。6-11,18-23共享另外一個。

另外，Linux上還有個dmidecode命令，也能查看到一些關於CPU緩存的信息，感興趣的小夥伴們能夠試試

# dmidecode -t cache

可能有的同窗會問了，我用的操做系統是windows啊，怎麼看？打開cmd命令行，輸入如下命令試試吧，飛哥在windows上知道的就這麼多了，感興趣的話你本身google上搜搜吧。

# wmic cpu get L2CacheSize,L3CacheSize

擴展知識

Cache Line:咱們前面只介紹了各個級別的緩存，可是這裏面有個很重要的概念就是Cache Line，就是本級緩存向下一層取數據時的基本單位。能夠經過以下方式查看：

# 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

能夠看到L一、L二、L3的Cache Line大小都是64字節（注意是字節）。就是說每次cpu從內存獲取數據的時候，都是以該單位來進行的，哪怕你只取一個bit，CPU也是給你取一個Cache Line而後放到各級緩存裏存起來。請你們緊緊記住這個概念，之後的文章中咱們會用到。

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開發內功修煉之CPU篇專輯：

• 1.你覺得你的多核CPU都是真核嗎？多核「假象」
• 2.據說你只知內存，而不知緩存？CPU表示很傷心！
• 3.TLB緩存是個神馬鬼，如何查看TLB miss？
• 4.進程/線程切換究竟須要多少開銷？
• 5.協程究竟比線程牛在什麼地方？
• 6.軟中斷會吃掉你多少CPU？
• 7.一次系統調用開銷到底有多大？
• 8.一次簡單的php請求redis會有哪些開銷？
• 9.函數調用太多了會有性能問題嗎？

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