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c - 访问单个结构成员是否会将整个结构拉入缓存?

coder 2023-06-04 原文

我一直在阅读 Ulrich Drepper 的“What every programmer should know about memory”和 3.3.2 Measurements of Cache Effects 部分(在页面的中间)它给我的印象是访问结构的任何成员都会导致整个结构被拉入 CPU 缓存。

这是正确的吗?如果是这样,硬件如何知道这些结构的布局?还是编译器生成的代码会以某种方式强制加载整个结构?

或者使用较大结构的速度下降主要是由于结构分布在更多内存页面上导致的 TLB 未命中?

Drepper 使用的示例结构为:

  struct l {
    struct l *n;
    long int pad[NPAD];
  };

其中 sizeof(l)NPAD 确定等于 0、7、15 或 31,导致结构体相隔 0、56、120 和 248 个字节,并且假设缓存行是 64 字节和 4k 页。

随着结构的增长,仅遍历链表会显着变慢,即使实际上只访问了指针。

最佳答案

硬件根本不知道结构。但确实,缓存中的硬件会在您实际访问的字节周围加载一些字节。这是因为高速缓存行具有大小。它不适用于逐字节访问,但适用于例如一次 16 字节大小。

在对结构的成员进行排序时必须小心,以便经常使用的成员彼此靠近。例如,如果您有以下结构:

struct S {
  int foo;
  char name[64];
  int bar;
};

如果成员变量 foo 和 bar 被频繁使用,硬件会在缓存中加载 foo 周围的字节,当你访问 bar 时,它必须加载 bar 周围的字节。即使 foo 和 bar 周围的这些字节从未使用过。现在重写你的结构如下:

struct S {
  int foo;
  int bar;
  char name[64];
};

当您使用 foo 时,硬件会将 foo 周围的字节加载到缓存中。当您使用 bar 时,bar 已经在缓存中,因为 bar 包含在 foo 周围的字节中。 CPU 不必等待 bar 进入缓存。

答案是:访问单个结构成员不会将整个结构拉入缓存,而是将结构的其他成员拉入缓存。

关于c - 访问单个结构成员是否会将整个结构拉入缓存?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/1940782/

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