使用不可缓存内存的最佳实践

Question

我读了这篇文章为什么内存区域会被标记为非缓存？ 但除了“与硬件通信”的内存区域（例如 DMA）之外，没有提到其他原因。

还有其他充分的理由将内存标记为不可缓存吗？

附注似乎可以通过

mmap()

和

MAP_NOCACHE

标志将内存标记为不可从用户空间缓存，不是吗？

UPD

来自wiki：

将某些内存范围标记为不可缓存可以提高性能， 通过避免缓存很少重新访问的内存区域。 这避免了将某些内容加载到缓存中的开销，而无需 有任何重用。缓存条目也可能被禁用或锁定 取决于上下文。

粗略地说，就是不让缓存不需要的数据堵塞缓存。即，不乱扔垃圾。
维基百科似乎在某种程度上误导了我们，因为它无法在任何广泛使用的操作系统上以这种方式提高性能..

Answer 1

还有其他充分的理由将内存标记为不可缓存吗？

不完全是，至少在 Linux 上不是。然而，存在很多可能的缺点。事实上，您无法使用

mmap

在 Linux 中创建未缓存的映射。

您提到的

MAP_NOCACHE

标志在 Linux 中不存在，但在 macOS 中存在，即使在那里，它似乎也不意味着未缓存的内存，而是与内核页面缓存相关（请参阅 macOS 的

man 2 mmap

） .

对于未缓存内存映射而言，一个可能被认为有趣的应用是保护来自架构缓存侧通道的数据，例如Meltdown。事实上，不久前就考虑过为用户空间提供创建未缓存映射的能力，以实现

memfd_secret

系统调用，但在 Andy Lutomirski 的建议下被废弃，他解释说：

我还没有准备好在 x86 上确认未缓存的映射。我很好 允许特权用户在 x86 上创建 UC 内存的概念 用于测试和实验，但它是一大堆蠕虫 一般的。立即想到的问题是：

• 性能和 DoS 潜力。统一通信将具有奇怪的、依赖于架构和平台的性能特征。据我所知， 甚至访问语义也可能依赖于体系结构。我不是 确信可以使用未缓存的 C 语言编写可移植代码 特征。我还担心某些操作（未对齐的锁， 例如，可能任何锁定的访问）将触发总线锁定 x86，根据 CPU 和内核配置，将拒绝所有 其他CPU或发送信号。 （或者导致虚拟机管理程序终止或 否则会惩罚虚拟机，这会很糟糕。）

• 正确性。我有报告称不同的 x86 虚拟机管理程序使用 UC 映射执行不同的操作，包括将它们视为常规的 WB 映射。所以当你要求时你得到的内存类型 “未缓存”实际上可能并未未缓存。

UC实际上是一个MMIO功能，而不是“保护我的数据”功能。滥用 它保护数据当然很有趣，但我还远没有做到 确信这是明智的。我特别不相信 猴子修补程序以在需要时使用未缓存的内存 定期分配内存是合理的做法。