c - 我们如何为变量指定物理地址？

Question

欢迎任何建议/讨论!

这个问题实际上作为标题很简短，但我会解释为什么我需要实际地址。

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背景:

这些天我对缓存和多核架构着迷，现在我很好奇在并行环境下缓存如何影响我们的程序。

在某些 CPU 型号(例如，我的 Intel Core Duo T5800)中，L2 缓存在内核之间共享。因此，如果程序 A 正在访问物理地址处的内存，如

0x00000000, 0x20000000, 0x40000000...

程序B访问数据在

0x10000000, 0x30000000, 0x50000000...

由于这些地址共享相同的后缀，因此二级缓存中的相关集合将被频繁刷新。我们预计会看到两个程序互相争斗，缓慢地从内存而不是缓存中读取数据，尽管它们在不同的内核中是分开的。

然后我想在实践中验证结果。在这个实验中，我必须知道物理地址而不是虚拟地址。但是我该如何应对呢？

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第一次尝试:

从堆中吃一大块空间，掩码，得到某个地址。

我的 CPU 有一个二级缓存，大小为 2048KB，关联性为 8，所以像 0x12340000, 0x12380000, 0x123c0000 这样的物理地址将与二级缓存中的第一组相关。

int HEAP[200000000]={0};
int *v[2];
int main(int argc, char **argv) {

    v[0] = (int*)(((unsigned)(HEAP)+0x3fffc) & 0xfffc0000);
    v[1] = (int*) ((unsigned)(v[0]) + 0x40000); 

    // one program pollute v[0], another polluting v[1]
}

遗憾的是，在虚拟内存的“帮助”下，变量 HEAP 在物理内存中并不总是连续的。 v[0] 和 v[1] 可能与不同的缓存集有关。

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第二次尝试

访问/proc/self/mem，尝试获取内存信息。

嗯……看来结果还是关于虚拟内存的。

Answer 1

您对内存和这些地址的理解不完整/不正确。本质上，您尝试测试的内容是徒劳的。

在用户模式进程的上下文中，您看到的几乎每个地址都是 virtual address .也就是说，只有在该进程的上下文中才有意义的地址。操作系统管理此虚拟内存空间(对进程唯一)映射到内存页面的位置的映射。这些内存页面在任何给定时间可能映射到页面调入页面(即驻留在物理 RAM 中)- 或者它们可能被页面调出，并且仅存在于磁盘上的交换文件中。

因此，要解决背景 示例，这些地址来自两个不同的进程 - 尝试比较它们绝对没有任何意义。他们的代码是否存在于任何缓存中取决于许多因素，包括 cache-replacement strategy处理器的数量、操作系统启用的缓存策略、其他进程(包括内核模式线程)的数量等。

在您的第一次尝试中，您仍然无法直接实际测试 CPU 缓存。首先，你的大缓冲区不会在堆上。它将成为可执行文件的数据部分(特别是 .bss)的一部分。堆用于内存分配的 malloc() 系列。其次，如果你分配一些巨大的 1GB 区域并不重要，因为尽管它在你的进程的虚拟地址空间中是连续的，但操作系统会在它认为合适的地方分配虚拟内存页面 - 这可能 < em>不实际上是连续的。同样，您几乎无法控制用户空间的内存分配。 “Is there a way to allocate contiguous physical memory from userspace in linux？”简短的回答是否定的。

/proc/$pid/maps 也不会让您到达任何地方。是的，那里列出了很多地址，但同样，它们都在进程 $pid 的虚拟地址空间中。有关这些的更多信息:How do I read from /proc/$pid/mem under Linux?