怎样解读Linux CPUInfo的L1缓存

Linux CPUInfo 中 L1 缓存的解读

一、先搞清 L1 缓存的含义

• L1 缓存是 CPU 最近最少使用的指令与数据的“高速暂存”，容量最小、速度最快，通常分为**L1d（数据）与L1i（指令）**两部分。现代处理器中，每个物理核心通常拥有独立的 L1d/L1i；而 L3 多为多核共享。L1 的命中率对性能影响极大，命中越高，CPU 等待内存的时间越少。另需注意，**超线程（SMT）**的两个逻辑处理器共享同一物理核心的 L1。以上要点有助于理解后续在 cpuinfo/lscpu 中看到的数值含义与差异。

二、在 Linux 中查看 L1 的正确方式

• 使用lscpu（结构化、直观）：
  • 关注字段：L1d cache（一级数据缓存）、L1i cache（一级指令缓存）。
  • 示例：

    Architecture: x86_64
    L1d cache:    32K
    L1i cache:    32K
    L2 cache:   256K
    L3 cache:  8192K
    

    上述表示：每个核心的 L1d 为32KB、L1i 为32KB（合计64KB/核），L2 为256KB/核，L3 为8MB（多核共享）。
• 使用**/proc/cpuinfo**（原始键值对）：
  • 直接查看该文件，关注键名cache size。注意：在不少平台上该字段往往显示的是L3 缓存大小，并非 L1；因此不要将“cache size”误当作 L1 容量。
• 使用**/sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/**（最细粒度，能看到 L1d/L1i 分别的目录与属性）：
  • 目录结构：index0/index1 等分别代表不同缓存层级与类型；查看type（Data/Instruction）、size（容量）、coherency_line_size（缓存行，常见 64B）、ways_of_associativity（相联度）、**level（层级）**等文件即可精确解读 L1 的构成与参数。

三、读懂 L1 相关字段与数值

• 关键字段与含义
  • L1d cache：一级数据缓存，存放热点数据，容量小、延迟最低。
  • L1i cache：一级指令缓存，存放即将执行的指令，通常与 L1d 分离以提升并行取指/取数效率。
  • size：容量，如32K、64K等；注意单位可能是K 或 KiB（lscpu 多用 KiB 显示，/proc/cpuinfo 有时用 K，数值可能相同但单位不同）。
  • coherency_line_size：缓存行大小，主流为64 Bytes；程序按行对齐与访问相邻数据能减少“跨行”带来的性能损失。
  • ways_of_associativity：相联度，如8 路组相联等；相联度越高，冲突失效概率越低，但实现更复杂。
  • level：层级，L1 为1。
  • type：类型，Data/Instruction，对应 L1d/L1i。
• 快速校验示例
  • 若 lscpu 显示：L1d=32K、L1i=32K，则每核 L1 合计64KB；若系统为4 核，全机 L1 容量约为256KB（仅指 L1，不含 L2/L3）。
  • 在 /sys 下可进一步确认 L1d/L1i 是否分别存在、容量与行大小是否符合预期（如均为64B行）。

四、常见误区与排查

• 把**/proc/cpuinfo 的 cache size当作 L1：该字段在很多平台反映的是L3或“最外层缓存”，并非 L1；应优先用lscpu或/sys**查看 L1d/L1i。
• 误以为超线程会拥有独立 L1：两个逻辑处理器共享同一物理核心的 L1/L2，L3 才是多核共享；因此评估容量与争用时应以物理核心为单位。
• 忽视缓存行（64B）与对齐：未对齐或频繁跨行访问会引发cache thrashing（抖动），降低命中率；在数据结构与内存分配上尽量做到cache-line 对齐（如 64B 对齐）。