c++ - 为什么写入文件会大大增加缓存未命中和分支未命中？

Question

以下是我正在分析的代码:

#include <iostream>
#include <fstream>

#define N 10000

using namespace std;

int main()
{
    ofstream fout;
    fout.open("log.txt");

    int A[N], B[N], C[N];

    for(int i=0; i<N; i++)
    {
        A[i] = B[i] = i;
    }   

    int sum = 0;

    for(int j=0; j<N; j++)
    {
        C[j] = A[j]+B[j];
        //fout<<C[j]<<endl;
        sum += C[j];
        sum %= 103;
    }

    cout<<sum<<endl;

    return 0;
}

以下是分析命令:

perf stat -e instructions:u -e instructions:k -e cache-misses -e page-faults -e branch-misses ./test

输出是:

Performance counter stats for './test':

 15,60,186      instructions:u           
  8,35,753      instructions:k           
    24,345      cache-misses                                                
       123      page-faults                                                 
    13,051      branch-misses                                               

 0.001327182 seconds time elapsed

但是，当我取消注释那条注释行时，我得到以下输出:

Performance counter stats for './test':

         75,72,868      instructions:u           
      12,29,31,625      instructions:k           
          2,18,333      cache-misses                                                
               121      page-faults                                                 
            73,662      branch-misses                                               

       0.525844017 seconds time elapsed

我无法理解是什么原因导致缓存未命中率大幅增加以及分支未命中率适度增加。任何见解将不胜感激!

Answer 1

如果没有“fout<<C[j]<<endl;”行，您的程序主要在用户空间中运行(我宁愿说，您程序的重要部分完全在用户空间中运行)。通过取消对该行(在循环内)的注释，您引入了许多额外的系统调用(这由分析器报告的 instructions:k 数量的大幅增加表明)。系统调用非常昂贵，因为它们涉及上下文切换，这取决于硬件架构和操作系统，可能会使 CPU 缓存的明显部分无效。

注意这里的罪魁祸首是endl (强制刷新缓冲区，从而触发系统调用)。将其替换为 '\n'并且对性能的影响应该小得多。