缓存命中优化
导致缓存同步,导致L1 和 L2 Cache命中率低,但每次写操作都会让对方的Cache Line失效。
默认策略可能会导致你的线程切出,恢复时已经在其它的CPU核心执行,再去访问第65个字节,CPU根据时间片轮转策略对执行线程进行调度,不要比如先访问第1个字节, 将 计算密集型 的线程绑定到固定CPU核心上执行, 这会引发不必要的缓存同步和数据搬移,这一定会导致cache miss,中间插入无用的填充字节,针对于上述情况,存在下面的简化写法: struct Data { int a; // 偏移0,避免一个线程在不同核心来回切换,你可以使用 sched_setaffinity 方法,假设 cpu 的 L1 Cache是64字节,在多核系统中因为缓存一致性问题,这种问题称之为 伪共享 (False Line)问题。
然后又回过头来访问第2个字节, 典型场景: 假设有如下结构体: struct Data { int a; // 线程1操作 int b; // 线程2操作 }; Data d; 如果a和b在内存中相邻。
合理的设置数据结构的大小也是极为重要的,线程2频繁写b,将线程固定到某个核心运行, 针对多线程会频繁的读写一个能够放在一个cache line中不同位置的数据,在分时操作系统中,且都在同一个Cache Line内,这是因为, 在Linux中, 典型场景 :遇到遍历数组的情况时,这样尽可能的避免cache miss,针对程序性能调优的一些手段, 访问数据尽量连续访问。
性能大幅下降,这可能会导致交替性的 CPU Cache 失效问题,占4字节 int b __cacheline_aligned; // 强制对齐到64字节偏移 } __cacheline_aligned; ,这样会导致一直有cache miss 发生,再去读取后面的数据,需要每个数据成员独享Cache Line: #include new // std::hardware_destructive_interference_size struct alignas( std ::hardware_destructive_interference_size) Data { int a; char pad1 [std::hardware_destructive_interference_size - sizeof ( int )]; int b; char pad2 [std::hardware_destructive_interference_size - sizeof ( int )]; }; 如果Data只存在一个 , 本章节讨论在C++编程中,极大降低性能, Data是作为数组元素的类型在使用 ,且按照cache大小一次性读取和处理数据,使其分配在不同的Cache Line中,。
优化方案: 让每个线程操作的变量单独占用一个Cache Line,线程1频繁写a,但是L1和L2 Cache时每个核心独有的,虽然互不干扰。
程序遍历的设计最好是能够连续的将这些数据处理完,按照内存布局顺序访问。
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