CS:APP Cache Lab

实验材料
开始依然是一脸懵逼，看了两遍Writeup大概明白要干啥了。整个实验分为两大部分，第一部分是实现一个缓存模拟器，第二个部分是优化矩阵运算。

Part A:Writing a Cache Simulator

给出一系列对于内存的读写，需要实现一个缓存模拟器计算缓存命中，未命中和替换的总次数，还给了一个标准的程序来对答案。

1. 每次操作的类型为L，S和M中的一种，分别为读取，存储和改变，其中M相当于先L再S。仔细分析，在我们的模拟器中L和S没有本质的区别，所以这些操作最后都化为同一种操作，只不过M要做两次这样的操作。
2. 要求的替换算法是LRU，也就是最近最少使用策略，主要有两种实现方式，一种是维护一个时间戳，每次访存暴力找到距离最长的块进行替换，然后暴力更新其他时间戳。另外一个是维护一个队列，每个块保存一个指针指向，同时还要保存前驱的后继，每次访存维护这个队列。显然前一种复杂度高，但是好写。
3. 缓存可以看作是一个二维数组cache[S][E]，在动态分配内存时，可以分配一个一维数组也可以分配一个二维数组，本质是一样的。

在PPT上还给了一些其他帮助，比如如何读取命令行参数等等。除此以外就没什么需要注意的点了，完全可以当一道模拟题去写。
我这里偷了个懒，按照固定的格式去读取参数，使用时间戳的暴力算法进行模拟，最后是写了行不到完成了这个实验。

下面是代码：

#include "cachelab.h"
#include 
#include 
#include 

typedef struct
{
    unsigned int tag, time, valid;
} line;

int s, E, b;
int hits, misses, evictions;
line *cache;

void Simulate(unsigned int address)
{
    unsigned int tag = address >> s;
    unsigned int id = address - (tag << s);

    int i, hitPos = -1, validPos = -1, lruPos = -1;
    unsigned int lruValue = 0;
    for (i = id * E; i < id * E + E; i++)
    {
        if (cache[i].valid && cache[i].tag == tag)
            hitPos = i;
        else if (!cache[i].valid)
            validPos = i;
        if (cache[i].time >= lruValue)
        {
            lruValue = cache[i].time;
            lruPos = i;
        }
    }

    if (hitPos != -1)   // hit stage
    {
        hits++;
        for (i = id * E; i < id * E + E; i++)
            cache[i].time = (i == hitPos ? 0 : cache[i].time + 1);
        return;
    }

    misses++;           // miss stage
    if (validPos != -1)
    {
        cache[validPos].tag = tag;
        cache[validPos].valid = 1;
        for (i = id * E; i < id * E + E; i++)
            cache[i].time = (i == validPos ? 0 : cache[i].time + 1);
        return;
    }

    evictions++;        // eviction stage
    cache[lruPos].tag = tag;
    for (i = id * E; i < id * E + E; i++)
        cache[i].time = (i == lruPos ? 0 : cache[i].time + 1);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    s = atoi(argv[2]);  // get parameters
    E = atoi(argv[4]);
    b = atoi(argv[6]);

    cache = (line *)calloc(sizeof(line), (1 << s) * E);
    FILE *inputFile = fopen(argv[8], "r");

    char buffer[256];
    while (fgets(buffer, 256, inputFile))
    {
        if (buffer[0] == 'I')
            continue;

        unsigned int address = 0;
        int id = 3;
        while (buffer[id] != ',')
        {
            address *= 16;
            address += isalpha(buffer[id]) ? buffer[id] - 'a' + 10 : buffer[id] - '0';
            id++;
        }
        address >>= b;

        Simulate(address);
        if (buffer[1] == 'M')
            Simulate(address);
    }

    printSummary(hits, misses, evictions);
    fclose(inputFile);
    free(cache);
    return 0;
}

运行结果：

dyume@LAPTOP-LLU88NPC:/mnt/c/Users/dy199/Desktop/cpp/CsappHomework/cachelab$ ./test-csim
                        Your simulator     Reference simulator
Points (s,E,b)    Hits  Misses  Evicts    Hits  Misses  Evicts
     3 (1,1,1)       9       8       6       9       8       6  traces/yi2.trace
     3 (4,2,4)       4       5       2       4       5       2  traces/yi.trace
     3 (2,1,4)       2       3       1       2       3       1  traces/dave.trace
     3 (2,1,3)     167      71      67     167      71      67  traces/trans.trace
     3 (2,2,3)     201      37      29     201      37      29  traces/trans.trace
     3 (2,4,3)     212      26      10     212      26      10  traces/trans.trace
     3 (5,1,5)     231       7       0     231       7       0  traces/trans.trace
     6 (5,1,5)  265189   21775   21743  265189   21775   21743  traces/long.trace
    27

TEST_CSIM_RESULTS=27

顺利通过。