在 mmap() 时避免翻译查看缓冲区 (TLB) 污染答案

【问题标题】：Avoiding Translation Look aside buffer ( TLB ) pollution when mmap()在 mmap() 时避免翻译查看缓冲区 (TLB) 污染
【发布时间】：2016-12-05 22:58:10
【问题描述】：

当我们要写入数据项时，首先将包含数据的块带入缓存，然后将数据项写入缓存。这可能会导致缓存污染。为了避免这种情况，英特尔没有引入临时指令。

如果我要使用 mmap() 将数据写入文件并且不再读取，是否可以避免为此创建 TLB 条目？有没有类似非临时指令的指令可用？

【问题讨论】：

不，我很确定没有，因为您不能将大页面用于文件支持的映射。将write 与可能是 1/2 L2 缓存大小或类似大小的缓冲区一起使用可能实际上性能更好；你应该测试。（虽然内核可能在将缓冲区复制到页面缓存时不会使用 NT 存储）。如果文件数据真的长时间不会被引用，您可以避免页面缓存污染，方法是使用madvise(MADV_DONTNEED) 鼓励内核在将其写入磁盘后将其从 RAM 中删除。
pwrite() 可能比 write() 更合适，具体取决于您的访问模式。但是，是的，您绝对应该进行测试。另一个建议是尝试确保所有文件修改都发生在同一个 CPU 上以减轻污染。当文件未映射时，不要忘记测量任何最终 TLB 击落的成本。

标签： linux-kernel x86 intel micro-optimization tlb

【解决方案1】：

CPU 需要 TLB 条目从虚拟地址映射到物理地址，因此无法使用 mmap() 或任何类似的 API 来避免它们。

即使可以避免将映射存储在 TLB 中，每次对映射内存的访问都需要从页表中重新加载相应的条目，因此性能会差很多。非临时访问仅对 stores 有意义，但页表条目是 read。

【讨论】：

您可以想象 TLB 条目的非临时提示，因此它们可能会很快被驱逐，或者在从 L1 DTLB 驱逐时只停留在 L1 TLB 中而不是移动到 L2 TLB。这类似于 PREFETCHNTA 仅将数据带入 L1，而不会污染较大的 L2。对于 x86 上的 TLB 条目，没有这样的机制，但不是因为不可能对负载进行非临时提示。（不过，TLB 条目缓存加载，而不是存储，这很好。