确保与std::hardware_constructive_interference_size共享的正确方法

Question

什么是正确的和可移植的方式，以确保真正的共享在一个足够小的结构，适合在一个背书？仅仅确保结构足够小就足够了吗？还是也必须在缓存边界上对齐？

例如，假设一条直线的大小为64字节，下面的内容是否足够？

struct A {
  std::uint32_t one;
  std::uint32_t two;
};

还是我必须这么做？

struct alignas(std::hardware_constructive_interference_size) A {
  std::uint32_t one;
  std::uint32_t two;
};

注意:这将始终在堆栈上，因此不需要过度对齐的内存分配。

另一个跟进，这是否足以确保没有虚假分享？

struct A {
public:
  alignas(hardware_destructive_interference_size) std::uint32_t one;
  alignas(hardware_constructive_interference_size) std::uint32_t two;
};

还是必须这样做(比如hardware_constructive_interference_size < hardware_destructive_interference_size?)

struct A {
public:
  alignas(hardware_destructive_interference_size) std::uint32_t one;
  alignas(hardware_destructive_interference_size) std::uint32_t two;
};

Answer 1

第二个变体是目前你能做的最好的。

但是，没有100%的可移植方式来对齐缓存行大小。常量hardware_constructive_interference_size和hardware_destructive_interference_size只是提示。它们是编译器的最佳猜测。最终，您不知道编译时的L1缓存行大小。

但在实践中，这通常并不重要，因为对于大多数体系结构来说，有一个典型的缓存行大小，比如x86的64字节。

更重要的是，对于类似于您的示例中的小型结构，只需自然地对齐结构以确保其完全位于缓存行内就足够了。在您的具体示例中，这意味着

struct alignas(8) A {
  std::uint32_t one;
  std::uint32_t two;
};

将始终确保真正的共享，无论运行时实际的L1缓存行大小如何，只要缓存行大小为8字节或更大。(如果规模较小，你就永远不会有真正的分享。)

关于后续问题:第二个变体将确保不存在虚假共享。第一个变体可能导致错误共享，因为缓存行大小实际上可能是hardware_destructive_interference_size，在这种情况下，您将出现错误共享(假设hardware_constructive_interference_size < hardware_destructive_interference_size)。

但在实践中，hardware_destructive_interference_size和hardware_constructive_interference_size对于大多数体系结构都具有相同的价值。考虑到这两个常量都没有为您提供真正的L1缓存行大小，而只是编译时猜测，这在一定程度上是过度设计的。