如何使用C選擇性地將變量存儲在內存段中？

Question

我們知道內存層次結構中存在多個級別， 緩存，主存儲和輔助存儲。 我們可以使用c程序在內存層次結構中的特定塊中選擇性地存儲變量嗎？

Answer 1

在其他答案閱讀您的意見，我想補充一些東西。

在操作系統內部，您不能限制變量將被存儲在哪個內存層級中，因爲控制金屬的人是操作系統，它會強制您按其規則進行操作。儘管如此，你可以做一些事情，讓你接近測試緩存中的訪問時間（主要是L1，取決於你的測試算法）和RAM內存。

測試緩存訪問：預熱訪問變量的幾次。他們訪問很多次相同的變量（緩存超快，你需要大量的訪問來衡量訪問時間）。

要測試主內存（又名RAM）：禁用BIOS中的高速緩存並運行您的代碼。

要測試輔助內存（又稱磁盤）：禁用給定文件的磁盤緩存（您可以詢問您的操作系統，只是谷歌關於它），並開始從磁盤讀取一些數據，總是從相同的位置。這可能會或可能不會工作，具體取決於您的操作系統將允許您禁用磁盤緩存（谷歌有關）。

要測試其他級別的內存，您必須實現您自己的「測試操作系統」，即使由於硬件限制也可能無法禁用某些緩存機制（當然，實際上並沒有限制...） 。

希望我幫了忙。

Answer 2

不是。緩存旨在透明地工作。幾乎你所做的任何事情都會在緩存中結束，因爲它目前正在運行。

至於二級存儲，我假設你的意思是硬盤，文件，雲等。除非明確地這樣做，或者設置內存映射區域，或者將某些內容分頁到磁盤，否則真的永遠不會被存儲。

Answer 3

不。一般的計算機程序只能訪問主存儲器。即使是輔助存儲（磁盤）通常也只能通過操作系統服務使用，通常通過庫的stdio部分使用。基本上沒有直接的方法來檢查或控制更接近CPU的分層緩存。

也就是說，有一些緩存分析器（如Valgrind的massif工具）可以讓您瞭解您的程序如何使用給定類型的緩存架構（以及推測性執行），以及哪些可以幫助您您發現緩存性能較差的代碼路徑。他們主要通過模擬硬件。

也可能有一些體系結構特定的指令，可以讓您對緩存（例如x86上的「非時間提示」或「預取」指令）進行一些控制，但這些指令很少見，也不常見，並且通常不會暴露給C程序碼。

Answer 4

它取決於您使用的特定體系結構和編譯器。

例如，在x86/x64上，大多數編譯器都有各種級別的預取指令，暗示CPU高速緩存行應該從DRAM移動到高速緩存中的特定級別訂單緩存 - 例如從L3到L2）。

對一些 CPU，非時間預取指令可用於與非暫時讀取指令相結合時，允許您繞過緩存並直接讀入寄存器。 （有些CPU通過強制數據達到高速緩存的特定方式來實現非臨時性;因此您必須閱讀文檔）。

一般來說，在L1和L2（或L3，或L4或DRAM）之間，它有點黑洞。你不能專門存儲一個值 - 其中一些緩存是相互包含的（所以如果一個值在L1中，它也在L2和L3中），有些不是。高速緩存設計爲週期性地消耗 - 所以如果寫入L1，最終會逐步向L2，然後是L3，然後是DRAM - 特別是在具有強存儲器模型的多核架構中。

您可以在寫入時完全忽略它們（使用流式存儲或將內存標記爲寫入組合）。

您可以通過測量不同的訪問時間：

• 使用內存映射文件作爲後備存儲的數據（這將衡量首次訪問時間到達CPU - 只是把它包在定時器調用中，例如QueryPerformanceCounter或__rdtscp）。確保在每次測試之間取消映射並關閉內存中的文件，並關閉所有緩存。這將需要一段時間。
• 刷新訪問之間的高速緩存以獲取從DRAM訪問的時間。

測量不同高速緩存級別之間的差異比較困難，但是如果您的體系結構支持它，您可以預取高速緩存級別，循環一段時間，然後嘗試它。

在使用商業操作系統的系統上很難做到這一點，因爲他們往往會做很多工作，這會干擾您的測量。