C++ 中的虚假共享答案

【问题标题】：False sharing in C++C++ 中的虚假共享
【发布时间】：2012-02-22 07:35:11
【问题描述】：

我有几个遭受缓存争用的类，并使用“new”运算符进行分配。我能否以某种方式确保“新”返回与缓存行对齐的地址？

我正在使用 GCC（如果不能移植的话）。

【问题讨论】：

高速缓存行通常为 64 字节。您必须有一些非常小的类，因此必须执行大量非常小的动态分配？
有些很小，但大多数是重叠的（在缓存行中）。
您是单独分配实例还是在数组中分配实例？
它们是单独分配的。（不过，我想最关键的部分可以重构为分配在一个数组中。）
我能想到的唯一解决方案是分配sizeof(myobj)+63，然后在64字节边界的地址处使用placement new。

标签： c++ multithreading

【解决方案1】：

您可以将memalign 或_aligned_alloc 分别用于glibc 或windows CRT 系统。你甚至可以使用像 nedmalloc 这样的自定义分配器并让它对齐块，这也可以给你一些其他额外的好处。

您还应该用__attribute__((aligned(64))) 标记它们，以防它们被静态分配。

【讨论】：

【解决方案2】：

解决这个问题的最简单方法是使对象足够大，以至于它们不能共享缓存行。使用 gcc 您可以设置类的对齐方式（我假设您的对象比缓存线小，因为您遭受争用）：

class foo {} __attribute__((aligned(2 * CL)));

当然，您需要为 CL 的架构插入正确的 Cachelinesize（或将其放入宏中并在那里使用）。我使用了两倍大小的缓存行，因为据我记得new 并不能保证它实际上会确保保持对齐。由于不能保证对象从缓存行的开头开始，您仍然可以在同一缓存行中获取不同对象的部分（即一个对象的结尾，另一个对象的开头）。如果始终保持对齐，__attribute__((aligned(CL))) 就可以了。当然，这需要你改变结构并浪费大量空间。

您也可以基于memalign 编写自己的new（查看here 了解如何操作）。对于更方便的解决方案，您还可以直接使用memalign 并使用placement new 将对象放在分配的空间内。当然，这会使使用这些对象的代码变得不那么好。

【讨论】：

【解决方案3】：

您可以使用placement new 将对象构造到给定的内存区域中：

  // Instantiate object into a pre-allocated buffer
  obj = new (buf) TheClass();

要获得对齐的缓冲区buf，您可以使用memalign、sbrk 或mmap。

【讨论】：

我看不到问题和mmap之间的关系。为什么mmap？