上一篇我们介绍了在计算机体系结构学术界广泛使用的一款模拟器SimpleScalar，并且简单介绍了其包含多个模拟器，复杂度由最简单的Sim-safe、sim-cache等到最复杂的Sim-outordor。今天我们以sim-cache为例，来探讨一下SimpleScalar的基本运行模拟。

SimpleScalar模拟环境

本次运行模拟过程采用以下配置：

• 模拟器。因为我们主要的目的是研究影响cache的影响因素，所以选择sim-cache模拟器。
• 测试文件。spec2000标准测试文件。

有一点需要说明的是，在SimpleScalar的所有模拟器里面，sim-outorder是最复杂，但是功能最全，里面会包含sim-cache模拟器的部分，但是我们还是选择sim-cache来进行研究。

SimpleScalar运行

我们准备好上面的环境之后，就可以通过下面的命令开始运行。

命令为：sim-cache -config "sim-cache.cfg"。

其中，sim-cache.cfg为我们配置的当前的cache参数，下面给出我已经写好的一个例子，具体参数意义，会在后面详细介绍。

图一 sim-cache配置参数

在研究过程中，我们只需要不断修改配置文件sim-cache.cfg中的相关参数，就能达到我们比较的目的。

cache参数介绍

通常情况下，我们认为cache的参数主要有以下几个方面：

• 容量
• 块大小
• 相关度
• 替换算法。

在SimpleScalar模拟器中，一般包含两级Cache（L1L2）结构，同时数据Cache和指令Cache分开。

给出SimpleScalar Cache参数配置命令：::::。

以上命令含义如下所示：

• ：cache名称，包括：dl1：L1 data Cache； dl2：L2 data Cache；il1：L1 instruction Cache；il2：L2 instruction Cache。
• ：组的数目。
• ：块大小（block size）。
• ：关联度（association）。
• ：替换策略（replacement）。

在这种配置下，Cache的容量可以用下面的公式计算得到：**。

需要补充说明的是，替换策略一般有下面三种方式：

• l ：LRU，最近最少使用（least recent use）。
• f ： FIFO，先进先出。
• r ： RANDOM，随机策略。

我们通过下面一个例子，再来看一下这些参数的含义。

-cache:dl1 dl1:512:32:2:l

上面的命令表示对一级数据cache进行配置，512表示有512组，Cache块大小为32个byte，每个组有2个Cache块，即相联度为2，替换策略为LRU。在此配置下，一级数据Cache的容量为512*32*2=32K byte。

cache容量对性能的影响

通过上面的介绍，我们基本上已经清楚了会影响cache性能的相关因素，在下面的文章中，我们会采用控制变量法，即在保持其他变量不变的条件下，改变单一变量的方式进行研究。

我们改变SimpleScalar模拟器的一级数据cache dl1的容量配置，在SimpleScalar的配置过程中，固定cache块大小、相联度、替换策略等参数，通过改变组数来改变Cache的容量大小。只需要修改sim-cache.cfg中对应组数即可。

同时，我们现在只是测试只有一级cache的情况，所以我们把sim-cache.cfg中的有关二级cache的相关参数都注释掉。如下所示：

图二 sim-cache注释掉L2配置参数

在确定块大小为32byte,相连度为2，替换策略为LRU情况之下，把参数改为如下所示：

图三 dl1参数变化

测试结果对应图线如下图所示：

图四 测试结果

上图中，横轴为cache容量，纵轴为cache的失效率（失效率越低，说明cache性能越好）。

从上图的曲线中可以看出，cache容量在一定范围内时，容量的增加，cache的失效率不断下降，一般来说，容量越大，Cache性能越好，发生失效的概率就越低。且当容量增加到一定程度之后，cache的性能到达一个峰值。在超过这个峰值之后，随着容量的增加，失效率已经不再降低，而是稳定在一个固定范围内，说明此时cache容量已经不是影响cache性能的瓶颈所在，继续扩大cache容量，对cache性能提升已经失效，需要考虑其他方面的条件。

小结

今天的文章，我们主要介绍了SimpleScalar的模拟运行环境，配置文件中各个参数的意义。并且以cache容量大小对cache失效率影响为例，介绍了整个测试过程。相信大家已经对如何使用SimpleScalar进行研究用了一个初步的认识。

正如前面所讲，除了cache容量大小之外，还有组大小、关联度、替换策略等因素均对cache性能有很大的影响，所以在后面的文章中，我们还会继续进行深入研究，欢迎大家继续关注。

参考资料：[1]SimpleScalar模拟器使用指南