C语言编写的Cache模拟器实验：理解与实现

本实验是《计算机系统结构》课程的一部分，旨在帮助学生深入理解计算机Cache的工作原理以及如何实现一个高效的模拟器。实验的核心内容是要求参与者编写一个约200-300行的C语言程序，用于模拟Cache的缓存行为。实验环境设定在Linux 64-bit平台上，使用的编程语言是C。 实验的首要目标是通过实际编程练习，使学生掌握Cache的基本原理，如缓存命中和缺失的处理，以及不同的替换策略（如LRU）。实验数据包包括一个名为cachelab-handout.tar的文件，需要使用`tar xvf`命令进行解压。解压后的文件夹中包含几个关键组件： 1. `csim.c`：这是实验的核心代码，学生需要在此基础上进行修改和扩展，实现Cache的模拟功能。这部分代码需要处理内存访问轨迹，根据轨迹中的指令和数据访问行为，判断是否命中缓存，以及何时发生缺失、淘汰或驱逐操作。 2. `csim-ref`：是一个参考的二进制可执行Cache模拟器，它模拟的是一个具有任意大小、关联度和LRU替换策略的Cache，可以作为学生代码的参照。 3. `traces`子目录：包含一组参考内存访问轨迹文件，这些文件记录了程序运行时的内存访问情况，例如地址、访问大小等，用于评估模拟器的正确性。这些文件是由Valgrind工具生成的。 4. `test-csim`：这个测试程序用来验证学生的模拟器在参考轨迹上的表现，确保其正确无误。 实验的具体任务要求学生编写代码以处理输入的内存访问轨迹，输出命中、缺失、淘汰/驱逐的统计信息，并且能够匹配参考模拟器csim-ref的行为。命令行格式为`csim`后面跟相应的参数，以驱动模拟器执行。 通过这个实验，学生不仅可以理论联系实际，还能锻炼编程和调试能力，加深对计算机系统内部缓存机制的理解。整个过程既强调了技术实现，又突出了理论学习的实际应用，有助于提升学生的实践技能和问题解决能力。