Cache-freundlicher vs. Cache-unfreundlicher Code: Wie kann ich die Cache-Effizienz optimieren?

Cache-freundlicher vs. Cache-unfreundlicher Code

Cache-freundlicher Code optimiert seine Leistung, indem er den Cache-Speicher effektiv nutzt, Cache-Fehler minimiert und Abrufen von Daten aus dem langsameren Hauptspeicher. Im Gegensatz dazu verfehlt Cache-unfreundlicher Code häufig den Cache, was zu einer langsameren Ausführung führt.

Cache-Effizienz sicherstellen

Berücksichtigen Sie beim Schreiben von Cache-effizientem Code die folgenden Prinzipien:

• Zeitlicher Ort: Auf die kürzlich abgerufenen Daten wird wahrscheinlich bald wieder zugegriffen. Behalten Sie häufig verwendete Daten im Cache, indem Sie Speicherüberlastung vermeiden.
• Räumliche Lokalität: Zugehörige Daten sollten nahe beieinander im Speicher gespeichert werden. Verwenden Sie Datenstrukturen wie Arrays (zusammenhängender Speicher) anstelle von verknüpften Listen (verteilter Speicher).
• Geeignete Container: Wählen Sie Container, die für einen Cache-effizienten Zugriff konzipiert sind, wie z. B. std::vector in C .
• Datenstrukturdesign: Passen Sie Algorithmen und Datenstrukturen an, um die Cache-Auslastung zu maximieren, z. B. Cache-Blockierung für große Datensätze.
• Datenreihenfolge: Implizite Strukturen in Daten ausnutzen. Speichern Sie beispielsweise 2D-Matrizen in der Hauptspaltenreihenfolge, um eine bessere Cache-Leistung zu erzielen.
• Vorhersagbare Verzweigungen: Vermeiden Sie unvorhersehbare Verzweigungen, die das Vorabrufen erschweren und zu Cache-Fehlern führen.
• Minimierung virtueller Funktionen: Virtuelle Funktionen können Cache-Fehler verursachen, wenn sie selten aufgerufen werden. Vermeiden Sie sie in leistungsempfindlichen Abschnitten.

Häufige Cache-Probleme

• False Sharing: Tritt auf, wenn mehrere Prozessoren dies versuchen Ändern Sie Daten in derselben Cache-Zeile, was zu wiederholten Cache-Überschreibungen und -Reduzierungen führt Leistung.
• Thrashing: Ein extremes Symptom für schlechtes Caching, bei dem Speicherzugriffe ständig Seitenfehler auslösen, was zu einer langsamen Ausführung aufgrund von Festplattenzugriffen führt.

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