对齐缓存行并了解缓存行大小

Question

为了防止错误共享，我想将数组的每个元素与缓存行对齐。因此，首先我需要知道缓存行的大小，因此我为每个元素分配相应的字节数。其次，我希望数组的开头与缓存行对齐。

我使用的是Linux和8核x86平台。首先，如何找到缓存行大小。其次，如何与 C 中的缓存行对齐。我正在使用 gcc 编译器。

因此，结构如下，假设缓存行大小为 64。

element[0] occupies bytes 0-63
element[1] occupies bytes 64-127
element[2] occupies bytes 128-191

等等，当然假设 0-63 与缓存行对齐。

Answer 1

我使用的是Linux和8核x86平台。首先如何找到缓存行大小。

$ getconf LEVEL1_DCACHE_LINESIZE
64

将值作为宏定义传递给编译器。

$ gcc -DLEVEL1_DCACHE_LINESIZE=`getconf LEVEL1_DCACHE_LINESIZE` ...

在运行时

sysconf(_SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE)

可用于获取 L1 缓存大小。

Answer 2

要了解尺寸，您需要使用处理器的文档进行查找，据我所知，没有编程方法可以做到这一点。然而，从好的方面来说，大多数缓存行都是基于英特尔标准的标准大小。在 x86 上，缓存行为 64 字节，但是，为了防止错误共享，您需要遵循目标处理器的指导原则（英特尔对其基于 netburst 的处理器有一些特殊说明），通常您需要为此对齐到 64 字节（英特尔指出您还应该避免跨越 16 字节边界）。

要在 C 或 C++ 中执行此操作，需要使用标准

aligned_alloc

函数或编译器特定说明符之一，例如

__attribute__((aligned(64)))

或

__declspec(align(64))

。要在结构中的成员之间填充以将它们拆分到不同的缓存行，您需要插入一个足够大的成员以将其与下一个 64 字节边界对齐

Answer 3

另一种简单的方法是只获取 /proc/cpuinfo:

grep cache_alignment /proc/cpuinfo

Answer 4

没有完全可移植的方法来获取缓存行大小。但如果您使用的是 x86/64，则可以调用

cpuid

指令来获取您需要了解的有关缓存的所有信息 - 包括大小、缓存行大小、多少级等...

http://softpixel.com/~cwright/programming/simd/cpuid.php

（向下滚动一点，该页面是关于 SIMD 的，但其中有一个部分获取缓存行。）

至于对齐数据结构，也没有完全可移植的方法来做到这一点。 GCC 和 VS10 有不同的方法来指定结构的对齐方式。 “破解”它的一种方法是用未使用的变量填充结构，直到它与您想要的对齐方式匹配。

为了对齐你的 malloc()，所有主流编译器也为此目的对齐了 malloc 函数。

Answer 5

posix_memalign 或 valloc 可用于将分配的内存与缓存行对齐。

Answer 6

这是我制作的一张表，上面有大多数 Arm/Intel 处理器。您可以在定义常量时使用它作为参考，这样您就不必概括所有体系结构的缓存行大小。

对于 C++，希望我们很快就会看到

硬件接口大小，这应该是获取此信息的准确方法（假设您告诉编译器您的目标架构）。

Answer 7

如果有人对如何在 C++ 中轻松完成此操作感到好奇，我已经构建了一个带有

CacheAligned<T>

 类的库，该类处理确定缓存行大小以及 

T

 对象的对齐方式，通过调用 

.Ref() 进行引用

 在您的 

CacheAligned<T>

 对象上。如果您事先知道缓存行大小，或者只想坚持使用非常常见的值 64（字节），您也可以使用 

Aligned<typename T, size_t Alignment>

。

https://github.com/NickStrupat/Aligned