● 摘要
Cache技术是计算机科学史上的重大发明，对于提高计算机系统的性能起到了非常重要的作用。软件模拟技术在体系结构研究和处理器设计中被广泛使用，对于Cache技术的研究模拟器是一个重要的工具，目前处理器的设计通常需要借助Cache模拟器来发现设计的瓶颈，评估不同Cache系统设计的性能。传统的Cache模拟器效率低下，整个模拟过程需要耗费很长的时间，尤其是想得到比较理想的实验数据，通常需要模拟数以亿计的访存请求，并且要对多组Cache系统设计进行模拟，这无疑对模拟器的性能提出了极大的挑战。随着Cache技术研究的深入，这种低效的模拟器已经不能适应实际的需要。多核计算平台日益成为计算机系统未来发展的趋势，如何利用多核平台的强大计算能力实现对Cache系统的高性能模拟是本文研究的主要内容。本文给出了一种基于多核平台的Cache模拟方法，并在Linux系统上利用C++，Pthread和OpenMP技术实现该Cache模拟器。该模拟器通过灵活配置输入参数可以模拟常见的Cache系统，包括Cache行为的模拟，如替换算法，写策略的模拟等。模拟器针对多核平台设计，具有良好的软件结构，能够充分发挥多核的计算能力。通过实验验证，模拟96组Cache系统时在双核平台的模拟加速比可以达到7.42，在四核平台更是高达10.91。此外模拟器具有良好的可配置性，可以通过编写配置文件方便灵活地定制模拟器；同时通过对各个模块进行封装，定义统一的接口，使得模拟器具有良好的可扩展性，可以灵活地向模拟器中增加新的部件。