memory-hierarchy-and-caches — скилл для Claude Code: установка
Скилл обучает агента архитектуре памяти CPU: уровням кэша L1–L3, протоколу MESI и ложному разделению данных. Пригодится при отладке масштабируемости многопоточного кода.
npx skills add mohitmishra786/low-level-dev-skills --skill memory-hierarchy-and-caches -a claude-codeЧто делает memory-hierarchy-and-caches
Скилл даёт модели архитектурный контекст для анализа работы с памятью. В базу заложены типичные задержки и объёмы: от L1d на ядро (~32 КиБ, ~4 такта) до общей L3 и DRAM. Агент учится распознавать ложное разделение (false sharing), когда потоки пишут в одну 64-байтную строку кэша и вызывают взаимные инвалидации по протоколу MESI. Это ломает масштабируемость многопоточных программ.
В скилле описаны правила компоновки структур с alignas(64) и паддингом, ручной префетчинг через __builtin_prefetch и сбор счётчиков в perf stat. Он охватывает поведение микроконтроллеров без L2/L3 и согласование DMA с кэшем процессора. Аппаратные предвыборщики спотыкаются о случайный доступ к памяти.
Без сверки длины строки через getconf LEVEL1_DCACHE_LINESIZE паддинг структур рискует промахнуться мимо границ кэша на нестандартных процессорах.
Какие задачи решает
- Устранить ложное разделение данных между потоками с помощью выравнивания структур
- Подобрать шаг предвыборки памяти через
__builtin_prefetch - Интерпретировать промахи L1 и L3 кэшей в отчётах
perf stat - Настроить сброс кэша при передаче данных через DMA на микроконтроллерах
Примеры запросов агенту
- /memory-hierarchy-and-caches Найди ложное разделение данных в этом массиве статистики потоков
- /memory-hierarchy-and-caches Почему добавление паддинга в структуру восстанавливает масштабируемость?
- /memory-hierarchy-and-caches Объясни промахи L1-dcache-load-misses по отчёту perf stat
Как установить memory-hierarchy-and-caches
1Через Skills CLI (Vercel)
npx skills add mohitmishra786/low-level-dev-skills --skill memory-hierarchy-and-caches -a claude-code2Вручную: положить файлы
~/.claude/skills/memory-hierarchy-and-caches/SKILL.mdПапка скилла целиком; для одного проекта — .claude/skills/memory-hierarchy-and-caches/
1Через Skills CLI (Vercel)
npx skills add mohitmishra786/low-level-dev-skills --skill memory-hierarchy-and-caches -a codex2Вручную: положить файлы
.agents/skills/memory-hierarchy-and-caches/SKILL.mdДля всех проектов — ~/.agents/skills/
1Через Skills CLI (Vercel)
npx skills add mohitmishra786/low-level-dev-skills --skill memory-hierarchy-and-caches -a cursor2Вручную: положить файлы
.cursor/skills/memory-hierarchy-and-caches/SKILL.mdCursor читает и .agents/skills/, и .claude/skills/
1GitHub CLI
gh skill install mohitmishra786/low-level-dev-skills memory-hierarchy-and-caches2Вручную: положить файлы
.github/skills/memory-hierarchy-and-caches/SKILL.md1Через Skills CLI (Vercel)
npx skills add mohitmishra786/low-level-dev-skills --skill memory-hierarchy-and-caches -a gemini-cli2Командой платформы
gemini skills install https://github.com/mohitmishra786/low-level-dev-skills --path skills/computer-architecture/memory-hierarchy-and-cachesВручную: положить файлы
.devin/skills/memory-hierarchy-and-caches/SKILL.mdСтарый путь .windsurf/skills/ тоже читается
Через Skills CLI (Vercel)
npx skills add mohitmishra786/low-level-dev-skills --skill memory-hierarchy-and-caches -a opencodeClaude.ai
Упакуйте папку в zip и загрузите в Settings → Capabilities → Skills
По шагам, с командами для каждой платформы: Как установить скилл в Claude Code: пять способов
Вопросы о memory-hierarchy-and-caches
Как установить memory-hierarchy-and-caches в Claude Code?
Выполните команду npx skills add mohitmishra786/low-level-dev-skills --skill memory-hierarchy-and-caches -a claude-code. Инструкция сохранится в файл ~/.claude/skills/memory-hierarchy-and-caches/SKILL.md.
Что делает скилл memory-hierarchy-and-caches?
Он объясняет архитектуру кэшей процессора, ассоциативность, протокол MESI и механику false sharing. Скилл помогает выстроить структуры данных под 64-байтные строки кэша.
Как профилировать промахи кэша по рекомендациям скилла?
Запустите команду perf stat -e cache-references,cache-misses,L1-dcache-load-misses ./app. Скилл использует эти метрики для поиска узких мест в алгоритмах.
Исходный текст
SKILL.md · MIT
---
name: memory-hierarchy-and-caches
description: Memory hierarchy skill for caches, coherence, and locality. Use when explaining cache levels, associativity, false sharing, prefetching, or MESI coherence. Activates on queries about cache hierarchy, L1 L2 L3, false sharing, cache line, prefetch, or cache coherence.
---
# Memory Hierarchy and Caches
## Purpose
Teach CPU memory hierarchy: cache levels, associativity, line size, coherence protocols, false sharing, and prefetch behavior — architectural depth complementing optimization practice in `skills/low-level-programming/cpu-cache-opt`.
## When to Use
- Explaining why padding fixes scalability
- Choosing struct layout for multicore
- Interpreting cache miss counters
- Understanding DMA vs CPU cache on embedded SoCs
## Workflow
### 1. Hierarchy (typical desktop/ server)
```
Registers
├── L1d / L1i (per core, ~32 KiB, ~4 cycles)
├── L2 (per core, ~256 KiB – 1 MiB)
├── L3 (shared last-level, MiB – tens of MiB)
├── DRAM (hundreds of cycles)
└── Storage / NUMA remote (much slower)
```
Embedded MCUs may have only tightly-coupled memory (no L2/L3).
### 2. Cache line and associativity
- Line size: commonly **64 bytes** on x86/ARM64 (verify with `getconf LEVEL1_DCACHE_LINESIZE`)
- Set-associative: line maps to one set, competes within ways
- Conflict misses: many aliases same set
### 3. False sharing
```c
/* Bad — two atomics on same cache line */
struct {
atomic_int counter_a;
atomic_int counter_b;
} stats;
/* Good — pad to cache line */
struct alignas(64) {
atomic_int counter_a;
char pad[64 - sizeof(atomic_int)];
atomic_int counter_b;
} stats;
```
### 4. Coherence (multicore)
MESI states: Modified, Exclusive, Shared, Invalid. Writes invalidate other cores' copies of the line — why atomics and locks ping cache lines.
### 5. Prefetching
```c
#ifdef __builtin_prefetch
for (int i = 0; i < n; i++) {
__builtin_prefetch(&data[i + 8], 0, 3);
process(data[i]);
}
#endif
```
Hardware stride prefetchers detect sequential access; random access misses.
### 6. Measurement
```bash
perf stat -e cache-references,cache-misses,L1-dcache-load-misses ./app
```
### 7. Agent usage
```
/memory-hierarchy-and-caches Diagnose false sharing in this per-thread stats array
```
## Common Problems
| Symptom | Cause | Fix |
|---------|-------|-----|
| Scaling collapses | False sharing | Line-align per-thread data |
| High LLC misses | Working set > cache | Block algorithms; NUMA pin |
| DMA incoherence | CPU cache vs device | Flush/invalidate on MCU; dma_sync on Linux |
| Prefetch hurt | irregular access | Remove manual prefetch |
| Huge struct copies | AoS cold lines | SoA layout — see cpu-cache-opt |
## Related Skills
- `skills/low-level-programming/cpu-cache-opt` — practical optimization
- `skills/computer-architecture/cpu-pipelines-and-hazards` — load-use stalls
- `skills/computer-architecture/virtual-memory-paging-and-tlb` — TLB misses
- `skills/allocators/numa-programming` — remote memory latency
- `skills/profilers/hardware-counters` — perf counter events
© mohitmishra786 · MIT · mohitmishra786/low-level-dev-skills