以编程方式获取缓存行大小？

Question

欢迎所有平台，但请在回答中指定所使用的平台。

类似问题：如何以编程方式在C++中获取CPU缓存页面大小？

- oz10

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C++17将提供一个编译时的近似值：https://dev59.com/l1kS5IYBdhLWcg3wj3jP。 - GManNickG

除了C/C++之外，如果您不介意使用汇编语言来获取此类信息，您可以查看SDL2的源代码中的SDL_GetCPUCacheLineSize函数（扩展自negamartin的答案），然后查看cpuid宏，该宏具有每个处理器型号的汇编源代码。 您可以查看https://imgur.com/a/KP57m6s或直接查看源代码。 - haxpor

获取缓存和缓存行大小的代码。 - philip

Answer 1

在Linux上（使用相对较新的内核），您可以从/sys目录中获取此信息：

/sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/

这个目录有每个缓存级别的子目录。这些目录中包含以下文件：

coherency_line_size
level
number_of_sets
physical_line_partition
shared_cpu_list
shared_cpu_map
size
type
ways_of_associativity

这提供了比你所期望知道的缓存更多的信息，包括缓存行大小(coherency_line_size)以及共享此缓存的CPU。如果您正在使用共享数据的多线程编程（如果共享数据的线程还共享缓存，则会获得更好的结果），那么这非常有用。

- spinfire

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哪个文件包含缓存行大小？我假设是coherency_line_size？还是physical_line_partition？ - oz10

确定一下：这是以字节为单位的，对吗？ - Jakub M.

是的，coherency_line_size 的单位是字节。 - John Zwinck

@android: 我使用Fedora-18 x64机器，配备Core-i5处理器。在我的系统中，cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/coherency_line_size 返回 64。对于索引1、2、3文件夹也是如此。 - Abid Rahman K

这种技术在“Windows Subsystem for Linux”上不起作用，但是sysconf(_SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE)在WSL上可以使用。 - Myria

Answer 2

在Linux上查看sysconf（3）。

sysconf (_SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE)

您也可以使用getconf命令从命令行获取它：

$ getconf LEVEL1_DCACHE_LINESIZE
64

- ob1

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简单的回答最好！ - FrankH.

这是字节单位。 - Maarten Bamelis

终于了！希望更多的人看到这个答案以节省时间。 - Elinx

Answer 3

我一直在研究缓存行相关的内容，需要编写一个跨平台函数。我已经提交了代码到 GitHub 仓库：https://github.com/NickStrupat/CacheLineSize，或者你也可以使用下面提供的源码。欢迎自由使用。

#ifndef GET_CACHE_LINE_SIZE_H_INCLUDED
#define GET_CACHE_LINE_SIZE_H_INCLUDED

// Author: Nick Strupat
// Date: October 29, 2010
// Returns the cache line size (in bytes) of the processor, or 0 on failure

#include <stddef.h>
size_t cache_line_size();

#if defined(__APPLE__)

#include <sys/sysctl.h>
size_t cache_line_size() {
    size_t line_size = 0;
    size_t sizeof_line_size = sizeof(line_size);
    sysctlbyname("hw.cachelinesize", &line_size, &sizeof_line_size, 0, 0);
    return line_size;
}

#elif defined(_WIN32)

#include <stdlib.h>
#include <windows.h>
size_t cache_line_size() {
    size_t line_size = 0;
    DWORD buffer_size = 0;
    DWORD i = 0;
    SYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION * buffer = 0;

    GetLogicalProcessorInformation(0, &buffer_size);
    buffer = (SYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION *)malloc(buffer_size);
    GetLogicalProcessorInformation(&buffer[0], &buffer_size);

    for (i = 0; i != buffer_size / sizeof(SYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION); ++i) {
        if (buffer[i].Relationship == RelationCache && buffer[i].Cache.Level == 1) {
            line_size = buffer[i].Cache.LineSize;
            break;
        }
    }

    free(buffer);
    return line_size;
}

#elif defined(linux)

#include <stdio.h>
size_t cache_line_size() {
    FILE * p = 0;
    p = fopen("/sys/devices/system/cpu/cpu0/cache/index0/coherency_line_size", "r");
    unsigned int i = 0;
    if (p) {
        fscanf(p, "%d", &i);
        fclose(p);
    }
    return i;
}

#else
#error Unrecognized platform
#endif

#endif

- Nick Strupat

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在Linux中，使用sysconf(_SC_LEVEL1_DCACHE_LINESIZE)可能更好。 - hookenz

@Matt 为什么？只是好奇:-)。 - user35915

Answer 4

在x86上，您可以使用函数2的CPUID指令来确定缓存和TLB的各种属性。解析函数2的输出有些复杂，因此我会引用Intel Processor Identification and the CPUID Instruction（PDF）的3.1.3节。

要从C / C ++代码获取此数据，您需要使用内联汇编，编译器内置函数或调用外部汇编函数来执行CPUID指令。

- Adam Rosenfield

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有人知道如何在其他带有内置缓存的处理器上执行此操作吗？ - oz10

@ceretullis：呃……x86处理器内置了缓存。你特别要寻找哪些“其他处理器”？你所问的是与平台相关的。 - Billy ONeal

Answer 5

如果您正在使用SDL2，您可以使用这个函数：

int SDL_GetCPUCacheLineSize(void);

返回 L1 缓存行大小（以字节为单位）。

在我的 x86_64 计算机上，运行此代码片段：

printf("CacheLineSize = %d",SDL_GetCPUCacheLineSize());

生成 CacheLineSize = 64

我知道我有点晚了，但是为了以后的访问者增加信息。 SDL文档目前说返回的数字是以KB为单位的，但实际上是以字节为单位的。

- negamartin

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哦，这真的很有帮助。我要用SDL2编写一些游戏，所以这将非常有用。 - Nicholas Humphrey

Answer 6

你可以使用C++17中引入的std::hardware_destructive_interference_size。
它被定义为：

两个对象之间的最小偏移量，以避免虚共享。保证至少等于alignof(std::max_align_t)

- Eduard Rostomyan

Answer 7

在Windows平台上：

来自https://devblogs.microsoft.com/oldnewthing/20091208-01/?p=15733

GetLogicalProcessorInformation函数将提供系统中正在使用的逻辑处理器的特性。您可以遍历函数返回的SYSTEM_LOGICAL_PROCESSOR_INFORMATION，寻找类型为RelationCache的条目。每个这样的条目都包含一个ProcessorMask，告诉您该条目适用于哪个处理器（或多个处理器），以及在CACHE_DESCRIPTOR中，它告诉您正在描述什么类型的缓存以及该缓存的缓存行大小。

- Lorenzo Boccaccia

Answer 8

ARMv6及以上版本具有C0或缓存类型寄存器。但是，它仅在特权模式下可用。

例如，从Cortex™-A8技术参考手册中：

缓存类型寄存器的目的是确定指令和数据缓存的最小行长度（以字节为单位），以使一系列地址无效。

缓存类型寄存器是：

• 只读寄存器
• 仅在特权模式下可访问。

缓存类型寄存器的内容取决于具体实现。图3-2显示了缓存类型寄存器的位排列...

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不要假定ARM处理器有缓存（显然，有些可以在没有缓存的情况下配置）。确定它的标准方法是通过C0。来自ARM ARM，B6-6页：

从ARMv6开始，系统控制协处理器缓存类型寄存器是定义L1缓存的强制方法，请参见B6-14页上的Cache Type寄存器。这也是早期架构的推荐方法。此外，考虑到B6-12页上的附加缓存级别，描述了第2级缓存支持的架构指南。

- jww

Answer 9

你也可以尝试通过测量一些时间来以编程方式完成。显然，它不总是像cpuid等那样精确，但更具可移植性。ATLAS在其配置阶段执行此操作，您可能需要查看它：

http://math-atlas.sourceforge.net/

- David Cournapeau