Why larger working set size results in lower read throughput?

As the memory mountain shows, when fixing the stride, the read throughput decreases and the miss rate increases rapidly as the working set size increases. The figure below shows a slide of the memory mountain.

The reasons are given in CSApp(3rd Edition, Section 6.6.1):

For sizes up to 32 KB, the working set fits entirely in the L1 d-cache, and thus
reads are served from L1 at throughput of about 12 GB/s. For sizes up to 256 KB,
the working set fits entirely in the unified L2 cache, and for sizes up to 8 MB, the
working set fits entirely in the unified L3 cache. Larger working set sizes are served
primarily from main memory.

I am having trouble understanding why failing to fit entirely into L1 or L2 cache can make such a huge impact on read throughput, as each read request issued is finally served from L1-cache(but not directly from main memory), no matter how large the working set is.

Moreover, an average of min(1, (word_size * k) / B) misses are expected for each loop iteration, where k is the fixed stride and B is the block size. The formula is consistent with that in the book, and obviously the formula itself has nothing to do with the working set size. However, miss rate does increase with the working set size. So I am wondering if there is anything that I have missed.


I have tried to simplify the experiment and reproduce it on my own machine, but the results are just the same as the figure shows.

#include <iostream>
const int MAXN = (1 << 26);
const int STRIDE = 31;

int n, a[MAXN];
int main() {
    scanf("%d", &n);
    long long sum = 0;
    for (int i = 0; i < n; i += STRIDE)
        sum += a[i];
    return 0;
}
// (1 << 26) = 67108864
// (1 << 20) = 1048576
// (1 << 14) = 16384
// n = 67108864
==40770== D   refs:      13,732,651  (13,535,381 rd   + 197,270 wr)
==40770== D1  misses:     2,179,411  ( 2,177,019 rd   +   2,392 wr)
==40770== LLd misses:     2,174,252  ( 2,172,627 rd   +   1,625 wr)
==40770== D1  miss rate:       15.9% (      16.1%     +     1.2%  )
==40770== LLd miss rate:       15.8% (      16.1%     +     0.8%  )

// n = 1048576
==41013== D   refs:        946,778  (749,511 rd   + 197,267 wr)
==41013== D1  misses:       48,434  ( 46,042 rd   +   2,392 wr)
==41013== LLd misses:       42,980  ( 41,392 rd   +   1,588 wr)
==41013== D1  miss rate:       5.1% (    6.1%     +     1.2%  )
==41013== LLd miss rate:       4.5% (    5.5%     +     0.8%  )

// n = 16384
==41130== D   refs:        746,968  (549,708 rd   + 197,260 wr)
==41130== D1  misses:       15,064  ( 12,693 rd   +   2,371 wr)
==41130== LLd misses:        9,683  (  8,095 rd   +   1,588 wr)
==41130== D1  miss rate:       2.0% (    2.3%     +     1.2%  )
==41130== LLd miss rate:       1.3% (    1.5%     +     0.8%  )

Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức sự kiện 5 sao Thông tin về chúng tôi Dịch vụ sinh nhật bé trai Dịch vụ sinh nhật bé gái Sự kiện trọn gói Các tiết mục giải trí Dịch vụ bổ trợ Tiệc cưới sang trọng Dịch vụ khai trương Tư vấn tổ chức sự kiện Hình ảnh sự kiện Cập nhật tin tức Liên hệ ngay Thuê chú hề chuyên nghiệp Tiệc tất niên cho công ty Trang trí tiệc cuối năm Tiệc tất niên độc đáo Sinh nhật bé Hải Đăng Sinh nhật đáng yêu bé Khánh Vân Sinh nhật sang trọng Bích Ngân Tiệc sinh nhật bé Thanh Trang Dịch vụ ông già Noel Xiếc thú vui nhộn Biểu diễn xiếc quay đĩa Dịch vụ tổ chức tiệc uy tín Khám phá dịch vụ của chúng tôi Tiệc sinh nhật cho bé trai Trang trí tiệc cho bé gái Gói sự kiện chuyên nghiệp Chương trình giải trí hấp dẫn Dịch vụ hỗ trợ sự kiện Trang trí tiệc cưới đẹp Khởi đầu thành công với khai trương Chuyên gia tư vấn sự kiện Xem ảnh các sự kiện đẹp Tin mới về sự kiện Kết nối với đội ngũ chuyên gia Chú hề vui nhộn cho tiệc sinh nhật Ý tưởng tiệc cuối năm Tất niên độc đáo Trang trí tiệc hiện đại Tổ chức sinh nhật cho Hải Đăng Sinh nhật độc quyền Khánh Vân Phong cách tiệc Bích Ngân Trang trí tiệc bé Thanh Trang Thuê dịch vụ ông già Noel chuyên nghiệp Xem xiếc khỉ đặc sắc Xiếc quay đĩa thú vị
Trang chủ Giới thiệu Sinh nhật bé trai Sinh nhật bé gái Tổ chức sự kiện Biểu diễn giải trí Dịch vụ khác Trang trí tiệc cưới Tổ chức khai trương Tư vấn dịch vụ Thư viện ảnh Tin tức - sự kiện Liên hệ Chú hề sinh nhật Trang trí YEAR END PARTY công ty Trang trí tất niên cuối năm Trang trí tất niên xu hướng mới nhất Trang trí sinh nhật bé trai Hải Đăng Trang trí sinh nhật bé Khánh Vân Trang trí sinh nhật Bích Ngân Trang trí sinh nhật bé Thanh Trang Thuê ông già Noel phát quà Biểu diễn xiếc khỉ Xiếc quay đĩa
Thiết kế website Thiết kế website Thiết kế website Cách kháng tài khoản quảng cáo Mua bán Fanpage Facebook Dịch vụ SEO Tổ chức sinh nhật