缓存行对齐优化指南：提升 C 程序性能的秘诀

缓存行对齐的终极指南：查找缓存行大小和对齐数组

简介

优化程序性能是一门微妙的艺术，其中缓存行对齐是确保最佳内存访问的关键策略。缓存行是 CPU 用于访问主内存的数据块，对齐数据结构和数组可以显著提高性能并避免伪共享问题。

查找缓存行大小

在 Linux 系统上，我们可以使用 sysconf() 函数检索缓存行大小：

#include <unistd.h>

int main() {
  long cache_line_size = sysconf(_SC_CACHE_LINE_SIZE);
  printf("Cache line size: %ld bytes\n", cache_line_size);
  return 0;
}

在 C 中对齐缓存行

要对齐数据结构或数组，我们可以使用 __attribute__((aligned(n))) 语法，其中 n 是所需的对齐字节数：

#include <stdlib.h>

typedef struct {
  char data[64];
} cache_line_aligned_struct;

int main() {
  cache_line_aligned_struct* s = (cache_line_aligned_struct*)malloc(sizeof(cache_line_aligned_struct));
  printf("Cache line aligned struct address: %p\n", s);
  free(s);
  return 0;
}

示例：对齐数组

让我们使用 __attribute__((aligned(64))) 对齐一个包含 64 字节元素的数组：

#include <stdlib.h>

int main() {
  int* array = (int*)malloc(sizeof(int) * 1024);
  __attribute__((aligned(64))) int* aligned_array = (int*)malloc(sizeof(int) * 1024);
  printf("Unaligned array address: %p\n", array);
  printf("Aligned array address: %p\n", aligned_array);
  free(array);
  free(aligned_array);
  return 0;
}

伪共享与缓存行对齐

伪共享是一种共享内存编程中的问题，当不同线程访问同一缓存行中的不同变量时发生。通过对齐数据结构和数组，我们可以确保每个线程都在单独的缓存行中操作，从而消除伪共享问题。

结论

缓存行对齐是一项重要的优化技术，可以极大地提高程序性能。通过遵循本指南中概述的步骤，你可以轻松地在 C 中查找缓存行大小并对齐数据结构和数组，从而避免伪共享并释放应用程序的全部潜力。

常见问题解答

1. 什么是缓存行大小？

缓存行是 CPU 一次从主内存访问的数据块的大小，通常为 64 或 128 字节。

2. 为什么对齐缓存行很重要？

对齐缓存行可以提高性能并消除伪共享问题，当不同线程访问同一缓存行中的不同变量时会发生伪共享问题。

3. 如何在 C 中对齐数据结构？

可以使用 __attribute__((aligned(n))) 语法，其中 n 是所需的对齐字节数。

4. 伪共享如何影响性能？

伪共享会导致多个线程在同一缓存行上争用数据，从而降低性能。

5. 对齐缓存行如何解决伪共享问题？

通过将数据结构和数组对齐到单独的缓存行中，我们可以确保每个线程都在单独的缓存行中操作，从而消除伪共享问题。