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高速缓存（也称为 L1、L2 或 L3 高速缓存）是靠近 CPU 的 SRAM，有助于改善 DRAM 数据访问。另一方面，页面高速缓存（或磁盘高速缓存）是对源自诸如硬盘驱动器等辅助存储设备的页面的透明高速缓存。此外，linux 操作系统使用未使用的 DRAM 内存来构建页面缓存。

我发现许多代码可以在 SRAM 上产生缓存未命中（即 L1、L2 或 L3），我对在页面缓存级别生成缓存未命中的 C 代码感兴趣（或者说页面错误更好？）。

我的理解是这样的代码要处理读写等文件系统操作。所以我设计了一个代码来从带有 O_DIRECT 标志的文件中读取数据，这个想法是每个读取操作都会请求访问磁盘，因此会导致页面缓存中的缓存未命中。下面是代码，其中 /tmp/data 是一个 4 KB（一页大小）的文件，其中充满了 0，使用以下命令创建dd if=/dev/zero of=/tmp/data count=4K：

#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define DATA_SIZE 10000

int main(){

  char page_data[DATA_SIZE];

  clock_t begin, end;

  double time_spent;

  int lap;

  int fd;

  fd = open("/tmp/data", "O_DIRECT", "r");

  for(lap=0; lap < 10; lap++){

    begin = clock();

    read(fd, page_data, DATA_SIZE);

    end = clock();

    time_spent = (double) (end - begin); // / CLOCKS_PER_SEC;

    printf("lap %d : time spent : %f data : %s \n", lap, time_spent, page_data);

    lseek(fd, 0, SEEK_SET);

  }

  close(fd);    

  return 0;
}

这是代码的输出，其中包含 perf-tool 提供的附加信息

perf stat -B -e cpu-clock,task-clock,task-clock,cycles,context-swtiches,cpu-mogrations,page-faults,cache-references,cache-misses ./read_a_file

lap 0 : time spent : 1.000000 data :  
lap 1 : time spent : 1.000000 data :  
lap 2 : time spent : 1.000000 data :  
lap 3 : time spent : 0.000000 data :  
lap 4 : time spent : 0.000000 data :  
lap 5 : time spent : 0.000000 data :  
lap 6 : time spent : 1.000000 data :  
lap 7 : time spent : 0.000000 data :  
lap 8 : time spent : 0.000000 data :  
lap 9 : time spent : 1.000000 data :  

Performance counter stats for './read_a_file':

      0,282623      cpu-clock (msec)                                            
      0,282361      task-clock (msec)         #    0,024 CPUs utilized          
             0      cycles                    #    0,000 GHz                    
             3      context-switches          #    0,011 M/sec                  
             0      cpu-migrations            #    0,000 K/sec                  
            54      page-faults               #    0,191 M/sec                  
             0      cache-references          #    0,000 K/sec                  
             0      cache-misses              #    0,000 K/sec                  

   0,011596405 seconds time elapsed

问题是 perf 表明在代码期间没有发生缓存未命中，即使我无法解释原因，我也感到惊讶。否则会发生 54 个页面错误，我也觉得很奇怪，因为我的代码只要求 1 个文件（其大小是页面大小）仅 10 次（不是 54 次）。

所以我的问题是如何设计一个更好的代码来系统地生成页面缓存（或页面错误）上的缓存未命中？

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