将C / C ++变量存储在处理器缓存中而不是系统内存中

Question

在运行Linux的Intel x86平台上，在C / C ++中，如何告诉操作系统和硬件在L1 / L2缓存中存储值（例如uint32），而不是在系统内存中？例如，假设出于安全性或性能原因，我不想在DRAM中存储32位密钥（32位无符号整数），而是希望仅将其存储在处理器的缓存中。我怎样才能做到这一点？我在Intel Xeon处理器上使用Fedora 16（Linux 3.1和gcc 4.6.2）。

非常感谢您的帮助！

Answer 1

x86（或者我所知道的任何平台）上都没有cpu指令可以强制CPU保留L1 / L2缓存中的某些内容。更不用说将这种极低级别的细节暴露给更高级别的语言，如C / C ++。   如果没有更多关于你正在考虑什么样的表现的背景，说你需要为“表现”这样做是没有意义的。为什么您的程序如此严格依赖于仅在缓存中访问数据。说你需要这个用于安全性似乎是糟糕的安全设计。在任何一种情况下，您都必须提供更多详细信息，说明您在这里尝试做什么。

Answer 2

简短回答，你不能 - 这不是那些缓存的用途 - 它们是从主内存中提供的，加速访问，或允许分支预测和流水线等高级技术。

有一些方法可以确保缓存用于某些数据，但它仍然存在于ram中，并且在先发制人的多任务操作系统中，您无法保证缓存内容不会被上下文切换所淹没在任何两个指令之间，除了“停止世界”或低级别的原子操作，但它们通常用于非常非常非常短的指令序列，这些指令简单地不能被中断，例如自旋锁的增量和获取，不处理加密算法一气呵成。

Answer 3

我认为您无法强制将变量存储在处理器的缓存中，但您可以使用register关键字向编译器建议应将给定变量分配到CPU寄存器中，声明它：

register int i;

Answer 4

您不能直接使用缓存，但可以将硬件寄存器用于整数，并且速度更快。

Answer 5

如果你真的想要性能，那么在CPU寄存器中变量就更好了。

如果您不能使用寄存器，例如因为您需要跨不同的线程或核心共享相同的值（多核现在变得很常见！），您需要将变量存储到内存中。

如前所述，您无法使用调用或关键字强制将某些内存放入缓存中。 但是，缓存并不是完全愚蠢的：如果你经常使用内存块你就不会有问题将它保存在缓存中。

请记住，如果您碰巧从不同内核写入此内存很多，那么您将会在处理器中消除缓存一致性块，因为它们需要确保所有缓存和实际下面的内存保持同步。 简而言之，这会降低CPU的整体性能。

请注意，相反（不缓存） 作为可以分配给堆内存部分的属性存在。