将指针数组固定在内存中

Question

我目前正在使用C＃中的光线跟踪器作为业余爱好项目。我试图通过从c ++实现中实现一些技巧来实现一个不错的渲染速度，并且遇到了麻烦。

光线跟踪器渲染的场景中的对象存储在KdTree结构中，而树的节点又存储在数组中。我遇到问题的优化是在尝试将尽可能多的树节点放入缓存行时。这样做的一种方法是节点仅包含指向左子节点的指针。然后隐含的是，右子项直接跟在数组中的左子项之后。

节点是结构体，在树构造期间，它们通过静态内存管理器类成功地放入数组中。当我开始遍历树时，它起初似乎工作正常。然后在渲染早期的某个点（每次大约相同的位置），根节点的左子指针突然指向空指针。我得出的结论是，当数组位于堆上时，垃圾收集器已经移动了结构。

我已经尝试了几种方法来固定内存中的地址，但它们似乎都没有在我需要的整个应用程序生命周期中持续存在。 'fixed'关键字似乎仅在单个方法调用期间有所帮助，并且声明'固定'数组只能在节点不是的简单类型上完成。有没有一种很好的方法可以做到这一点，或者我只是在C＃不适合的东西的道路上走得太远。

顺便说一下，改用c ++，虽然也许是高性能程序的更好选择，但不是一种选择。

Answer 1

首先，如果您正常使用C＃，由于垃圾收集器移动内容，您不能突然获得空引用，因为垃圾收集器也会更新所有引用，因此您无需担心它会移动周围的东西。

你可以将东西固定在内存中，但这可能会导致比解决的问题更多的问题。首先，它可以防止垃圾收集器正确压缩内存，并可能以这种方式影响性能。

我要在你的帖子中说的一件事是，使用结构可能无助于你所希望的性能。 C＃无法内联任何涉及结构的方法调用，即使他们已经在最新的运行时测试版中修复了这个问题，结构通常不能很好地执行。

就个人而言，我会说像这样的C ++技巧通常不会很好地延续到C＃中。你可能要学会放手一点;可以采用其他更微妙的方法来提高绩效;）

Answer 2

你的静态内存管理器究竟在做什么？除非它做了一些不安全的事情（P / Invoke，不安全的代码），否则你看到的行为是程序中的一个错误，而不是由于CLR的行为。

其次，对于结构之间的链接，“指针”是什么意思？你真的是指一个不安全的KdTree *指针吗？不要那样做。相反，在数组中使用索引。由于我希望单个树的所有节点都存储在同一个数组中，因此您不需要单独引用该数组。只需一个索引即可。

最后，如果你真的必须使用KdTree *指针，那么你的静态内存管理器应该使用例如Marshal.AllocHGlobal或其他非托管内存源;它应该将这个大块视为一个KdTree数组（即索引一个KdTree * C风格）和它应该通过碰撞一个“自由”指针来从这个数组中分配节点。

如果您必须调整此数组的大小，那么您当然需要更新所有指针。

这里的基本教训是，不安全指针和托管内存在“固定”块之外进行不混合，当然这些块具有堆栈帧亲和性（即当函数返回时，固定行为消失）。有一种方法可以使用GCHandle.Alloc（yourArray，GCHandleType.Pinned）来固定任意对象，例如你的数组，但你几乎肯定不想沿着那条路走下去。

如果你更详细地描述你在做什么，你会得到更明智的答案。

Answer 3

如果确实想要这样做，你可以使用GCHandle.Alloc方法指定一个指针应该被固定，而不是像在fixed语句一样在范围的末尾自动释放。 / p>

但是，正如其他人一直在说的那样，这样做会给垃圾收集者带来不必要的压力。那么只创建一个结构，该结构保存在一对节点上，然后管理一个NodePairs数组而不是一个节点数组？

如果你确实想要对一块内存进行完全非托管访问，那么最好直接从非托管堆分配内存，而不是永久固定托管堆的一部分（这可以防止堆被丢弃）能够适当地压缩自己）。一种快速而简单的方法是使用Marshal.AllocHGlobal方法。

Answer 4

存储这对数组引用和索引是否真的禁止？

Answer 5

  

你的静态内存管理器究竟在做什么？除非它做了一些不安全的事情（P / Invoke，不安全的代码），否则你看到的行为是程序中的一个错误，而不是由于CLR的行为。

我实际上是在谈论不安全的指针。我想要的是像Marshal.AllocHGlobal这样的东西，虽然它的生命周期超过了一个方法调用。经过反思，似乎只使用索引是正确的解决方案，因为我可能已经陷入了模仿c ++代码的过程。

  

我要在你的帖子中说的一件事是，使用结构可能无助于你所希望的性能。 C＃无法内联任何涉及结构的方法调用，即使他们已经在最新的运行时测试版中修复了它，但结构通常不能很好地执行。

我对此进行了一些调查，我发现它已在.NET 3.5SP1中得到修复;我认为这就是你所说的运行时测试版。事实上，我现在明白这种变化占我渲染速度的两倍。现在，结构体积极地在线，在X86系统上大大提高了它们的性能（X64提前具有更好的结构性能）。