主页 / coding / 问题 / 79302241
Accepted
Manters
Asked: 2024-12-23 13:41:22 +0800 CST

INVLPG 指令或 mprotect() 在使 TLB 条目无效的同时会影响 CPU 缓存状态吗？

  • 772

我正在编写一些涉及 L1/2/3 缓存驱逐和 TLB 条目失效的代码。我尝试使用指令INVLPG使 TLB 条目失效并验证 实现的一些结果mprotect()，但我对INVLPG和mprotect()对缓存层次结构的影响都表示怀疑，因为这对我来说很重要。

具体来说：当使给定地址的INVLPGTLB 条目无效（或mprotect()降低对 TLB 条目具有类似效果的权限）时，是否会对给定地址的 CPU 缓存造成任何副作用？它是否可能导致创建缓存条目或影响缓存条目？

我找不到有关它们的缓存交互的具体细节。

assembly

1 个回答

  1. Best Answer

    至少在过去几十年的主流 x86 CPU 上，包括 L1i 和 L1d 在内的缓存都是物理寻址的（L1 缓存的 VIPT，但避免了混叠）。（英特尔酷睿 i7 处理器中使用了哪种缓存映射技术？）。因此，当虚拟页面不再引用同一物理页面时，它们不需要失效；任何有效条目只需继续缓存其物理页面的行即可。

    一些微架构具有更大的低关联 L1 缓存（例如Zen 1的 64K 4 路 L1i 和 K10/Bulldozer 的 64K 2 路 L1i），需要一些技巧来避免混叠问题。我认为它们可能仍然像纯物理寻址一样工作，因为不需要无效invlpg。过去对此类缓存的一些讨论包括：

    Sandybridge 系列中的 uop 缓存 (DSB) 是虚拟寻址的，因此需要通过 使其无效invlpg。（我假设它标有 PCID（进程上下文 ID），因此不一定必须在每次更改 CR3 时使其无效。它至少需要一些 SMT（超线程）的上下文标记。

    我对 AMD Zen 的 uop 缓存了解不多。虚拟寻址确实可能缩短英特尔的命中延迟，而强大的解码器使重新填充变得便宜，因此如果 AMD 做出同样的选择，那将是有意义的。

    它是否可能导致创建缓存条目或者影响缓存条目？

    不，它不应该。 invlpg不加载或存储任何东西；它永远不会导致页面漫游（会通过缓存），因为它只是访问 TLB 本身来检测与给定的虚拟地址匹配的条目。x86 寻址模式不包括内存间接，因此地址计算仅涉及读取寄存器。

    即使是 AMD invlpgb（向其他 CPU 广播无效消息，Zen 3 中的新功能）可能也不应该触及内存。

    如果没有它，操作系统需要发送 IPI（处理器间中断）来关闭其他核心上的 TLB 条目，以用于多线程进程。操作系统代码在这些 CPU（中断处理程序）上运行，当然会涉及加载和存储。

    • 3

相关问题