如何解读Linux CPUInfo中的L1缓存

Linux CPUInfo 中 L1 缓存的解读

一、先搞清 L1 缓存的含义

• L1 缓存是距离 CPU 核心最近、速度最快的一层缓存，通常分为两块：
  • L1d（Level-1 Data）：存放最近使用的数据，命中率高可显著减少访存延迟。
  • L1i（Level-1 Instruction）：存放即将执行的指令，避免指令取指瓶颈。
• 在多核/超线程环境下，通常每个物理核心都有自己的 L1d/L1i；而 L2 多为每核独享，L3 多为多核共享。理解这一点有助于正确计算总缓存与评估并发性能。

二、在 Linux 中查看 L1 的正确方式

• 使用 lscpu（结构化、最直观）：
  • 关注字段：L1d cache、L1i cache（单位常见为 K 或 KiB）。
  • 示例：L1d cache: 32K、L1i cache: 32K 表示该 CPU 的每个核心拥有 32KB 数据缓存与 32KB 指令缓存。
• 查看 /proc/cpuinfo（原始信息，字段因架构/内核而异）：
  • 直接 grep 可能只看到类似 cache size : 256 KB 的总缓存或三级缓存值，很多发行版不会在 cpuinfo 中直接给出 L1d/L1i 的细分；因此更推荐用 lscpu 或 sysfs 查看 L1。
• 使用 sysfs 精确查看每个核心的 L1 信息（最细粒度）：
  • 路径：/sys/devices/system/cpu/cpuX/cache/
  • 索引含义常见为：index0/index1 = L1d，index2/index3 = L1i（不同架构可能不同，以 level 与 type 文件为准）。
  • 示例：
    • 查看某核心 L1d 大小：cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/size
    • 查看缓存行大小（通常为 64 字节）：cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/coherency_line_size
    • 查看类型：cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/type（应为 Data/Instruction）。

三、读懂 L1 相关字段与计算

• 关键字段与含义
  • L1d cache：每核的数据缓存大小（如 32K/48K）。
  • L1i cache：每核的指令缓存大小（如 32K）。
  • Cache line size：缓存行大小（常见 64B），影响内存访问与对齐优化。
• 快速计算与核对
  • 每核 L1 总容量（数据+指令）≈ L1d + L1i（例如 32K + 32K = 64KB/核）。
  • 全机“L1 容量总和”≈ 每核 L1 总容量 × 物理核心数（注意不是逻辑 CPU 数，因为超线程共享同一物理核心的 L1）。
  • 核对思路：
    • 物理核心数：lscpu 的 Core(s) per socket × Socket(s)，或用 /proc/cpuinfo 统计不同 physical id 与 cpu cores。
    • 逻辑 CPU 数：CPU(s) 或 processor 数量；若 Thread(s) per core = 2 则开启了超线程。

四、常见误区与排查

• 误区一：把 /proc/cpuinfo 中的 cache size 当成 L1。很多平台该字段反映的是 L3 或“最末级缓存”，并非 L1；请以 lscpu 或 sysfs 为准。
• 误区二：用逻辑 CPU 数去乘 L1 容量。L1 是每物理核心独享，应按物理核心数计算全机 L1 容量。
• 误区三：不同架构的 sysfs 索引不一致。请以 level 与 type 文件确认哪个是 L1d/L1i，不要仅凭 index0/1/2/3 猜测。