如何在 Linux 中分配满足分页和缓存要求的内存？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何在 Linux 中分配满足分页和缓存要求的内存？

【英文标题】：How can I allocate memory in Linux that meets paging and cacheability requirements?

【发布时间】：2011-04-17 10:16:14

【问题描述】：

我想为一个大型数组分配空间，该数组在程序结束之前都是只写的。出于这个原因，我不在乎它是否被缓存。

我也想非常频繁地访问它，所以我不想多次浏览页面。出于这个原因，我希望它被分配在一个大页面中（例如 4M）。

那我怎么...

...请求内存不可缓存或直写？ ...请求将内存放在大页面中？

我在 Linux 中工作。

【问题讨论】：

您确定要使其不可缓存吗？也许你想要一个非临时存储：***.com/questions/37070/…

@Adrian：非临时性也不错。如何告诉编译器生成非临时存储？

我已经有一段时间没有这样做了，但是这里有一些起始链接 - ***.com/questions/661338/sse-sse2-and-sse3-for-gnu-c

请记住，“只写”并不意味着缓存没有用。对于通常的“回写”内存类型，写入意味着读取：在写入之前，CPU 将相应的行放入 L1 缓存中，然后写入发生在 L1 中。因此，如果您对同一个缓存行进行多次写入，您真的想要 L1 中的行，因为它允许写入非常快地完成。如果您不缓存写入（例如，通过使用 NT 存储或 WB 内存），则每次写入（或者，在野兽，缓存行的所有写入）都必须一直到内存，这需要 100 个周期.

...所以你真的希望这种行为只用于你只写一次的内存，或多或少（或者至少写得不频繁以至于缓存行为不相关）。您还希望一次在缓存行中写入连续的位置，以至少使用写入组合功能，以便一次将一个缓存行发送到内存，而不是一次发送几个字节。

【参考方案1】：

如果强制一直写入 RAM，禁用缓存听起来会使您的写入速度变慢。我不确定我是否会尝试这样做。

要实际使用大页面，我建议关注HugeTLB - Large Page Support in the Linux Kernel。它包含一个如何通过共享内存段使用大页面的示例。

【参考方案2】：

对于透明的大页面，只需分配一个 4M 对齐的缓冲区即可。使用aligned_alloc 或posix_memalign 获取指针，您可以使用free。 （请注意，如果缓冲区大小不是对齐的倍数，aligned_alloc 必须失败。/facepalm）。

根据您对/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defrag 的设置，您可能需要在缓冲区上使用madvise(MADV_HUGEPAGE) 以强烈鼓励内核使用大页。

还要注意 x86-64 使用 2M 大页面。 x86-32 使用 4M 大页面。如果您想要两者的简单解决方案，对齐到 4M 就可以了。

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请求内存不可缓存或直写？

AFAIK，您不能通过普通的 Linux API 轻松做到这一点。 NT stores 适用于正常的回写内存，因此请改用它。 （它们会覆盖内存类型并且是弱排序的缓存绕过）。

但是，如果您不是一次写入完整的缓存行，那么您肯定需要缓存写入。特别是如果存在任何空间或时间局部性，但即使没有，让存储缓冲区完成其工作（隐藏缓存未命中存储的延迟）也是一件好事。