在《小许code:Go内存管理和分配策略》这篇分享中我们了解到Go是怎么对内存进行管理和分配的,那么用户的程序进程在linux系统中的内存布局是什么样的呢?我们先了解一下基础知识,然后再看Go的内存对齐。
简单的说来就是为了提高cpu的性能,或者说是为了提高程序运行的效率。当然,在其背后更有简化cpu设计的功效。因此,我们写的c程序为了获得更高的运行效率就必须最大限度的满足cpu对于字节对齐的要求,编译器在其中起着至关重要的作用。
在了解内存对齐之前,先来明确几个关于操作系统的概念,更加方面我们对内存对齐的理解。
现代计算机中内存空间都是按照byte划分的,从理论上讲似乎对任何类型的变量的访问可以从任何地址开始,但实际情况是在访问特定类型变量的时候经常在特 定的内存地址访问,这就需要各种类型数据按照一定的规则在空间上排列,而不是顺序的一个接一个的排放,这就是对齐。
被Go语言称为寄存器宽度的这个值,就可以理解为机器字长,也是平台对应的最大对齐边界,而数据类型的对齐边界是取类型大小与平台最大对齐边界中的较小的那个
谈到内存对齐,早年间玩Java的时候就能偶尔打打交道,为此Java8还提供了个语法糖@Contended来帮助我们解决高速缓存cacheline内存未对齐的伪共享问题。不过Go目前涉及到类似问题,比如内存对齐带来的原子操作的问题还是需要手动处理下,毕竟Russ Cox大佬也发话了
L1,L2,L3 指的都是CPU的缓存,他们比内存快,但是很昂贵,所以用作缓存,CPU查找数据的时候首先在L1,然后看L2,如果还没有,就到内存查找一些服务器还有L3 Cache,目的也是提高速度。
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从传统意义上讲,对齐是指将变量的存储按照计算机的字长进行边界对章,这里字长一般是指一个WORD的位数,也就是现代计算机中一次IO的数据处理长度,通过计算机的字长与CPU的寄存器长度相等。现代的CPU一般都不是按位进行内存访问,而是按照字长来访问内存,当CPU从内存或者磁盘中将读变量载入到寄存器时,每次操作的最小单位一般是取决于CPU的字长。比如8位字是1字节,那么至少由内存载入1字节也就是8位长的数据,再比如32位CPU每次就至少载入4字节数据, 64位系统8字节以此类推。
Java 作为一个面向对象语言,给我们带来了多态,继承,封装等特性,使得我们可以利用这些特性很轻松的就能构建出易于扩展,易于维护的代码。作为一个Javaer,天天搞“对象”,那你写的对象究竟占用了多少内存呢?我们来看看你的“对象”是如何“败家”的。
位域是指信息在保存时,并不需要占用一个完整的字节,而只需要占几个或一个二进制位。为了节省空间,C语言提供了一种数据结构,叫“位域”或“位段”。
众所周知,Go语言被设计成一门强类型的静态语言,那么他的类型就不能改变了,静态也是意味着类型检查在运行前就做了。所以在Go语言中是不允许两个指针类型进行转换的,使用过C语言的朋友应该知道这在C语言中是可以实现的,Go中不允许这么使用是处于安全考虑,毕竟强制转型会引起各种各样的麻烦,有时这些麻烦很容易被察觉,有时他们却又隐藏极深,难以察觉。大多数读者可能不明白为什么类型转换是不安全的,这里用C语言举一个简单的例子:
结构体是占用一块连续的内存,一个结构体变量的大小是由结构体中的字段决定的,结构体变量的地址等于结构体第一个字段的首地址。示例:
有些同学可能不知道,struct 中的字段顺序不同,内存占用也有可能会相差很大。比如:
例如Python万物皆对象,并且将内存操作封装的很好,所以python的基本数据类型所用的内存会要远大于存放纯数据类型所占的内存,例如,我们都知道存储int型数据需要四个字节,但是使用Python 申请一个对象来存放数据的话,所用空间要远大于四个字节。
当我们创建一个结构体变量时,会向内存申请所需的空间,用来存储结构体成员的内容。我们可以将其理解为结构体成员会按照特定的规则来存储数据内容。
《Kubelet从入门到放弃系列》将对Kubelet组件由Linux基础知识到源码进行深入梳理。上一篇zouyee带各位看了Kubelet从入门到放弃:识透CPU管理,其中提及拓扑管理,本文将对此进行深入剖析,拓扑管理在Kubernetes 1.18时提升为Beta。TopologyManager功能可实现CPU、内存和外围设备(例如SR-IOV和GPU)的NUMA对齐,从而满足低延迟需求。
最近的工作内容中涉及到了 NUMA 感知相关的功能,之前没有特意去看过 kubelet 相关部分的实现,也是趁此机会把落下的补补。在看代码的过程中,NUMA 感知部分的逻辑尤其涉及到一些位操作的部分,看的让人头疼,于是从网上搜了搜有关原理的介绍,恰好在官网找到一篇 blog,看完之后再去看代码就会豁然开朗。此篇是对原文的翻译,想阅读原文的可以直接到这里。
结构体字节对齐 在用sizeof运算符求算某结构体所占空间时,并不是简单地将结构体中所有元素各自占的空间相加,这里涉及到内存字节对齐的问题。从理论上讲,对于任何 变量的访问都可以从任何地址开始访问,但是事实上不是如此,实际上访问特定类型的变量只能在特定的地址访问,这就需要各个变量在空间上按一定的规则排列, 而不是简单地顺序排列,这就是内存对齐。 计算结构变量的大小必须讨论数据对齐的问题。为了使CPU存取的速度最快(这同CPU取数操作有关),c++在处理数据时经常把结构变量中的成员的大小按照4或
struct 结构体的字段顺序有什么讲究?您可能不知道,通过简单地重新排序结构体中的字段,可以极大地提高 Go 程序的速度和内存使用率!难以置信吧?让我们来看个例子。
在计算机领域,对于某种特定的计算机设计而言,字(word)是用于表示其自然的数据单位的术语,是用来表示一次性处理事务的固定长度。一个字的位数,即字长。
目前手机SOC的性能越来越少,很多程序员在终端程序的开发过程中也不太注意性能方面的优化,尤其是不注意对齐和分支优化,但是这两种问题一旦出现所引发的问题,是非常非常隐蔽难查的,最终几个问题得到了圆满解决。
从以上结果可以看出,结构体st1在32位下是按照4个字节来对齐的,在64位下则是按照8个字节来对齐的,结构体st2则不管32位还是64位则都是按照1个字节对齐的。
开门见山,今天给大家分享通过简单地重新排序结构体中的字段,极大地提高 Go 程序的速度和内存使用率的方法~ 01 【数据结构对齐】 【举个栗子】 在上面的例子中,我们定义了两个具有相同字段的结构体。接下来让我们编写一个简单的程序来输出他们的内存使用情况。 【结果如下】 通过上面我们可以发现它们占用的内存不同。到底发生了什么,导致两个字段相同的结构体消耗不同的字节? 答案是数据在操作系统中的内存排列方式,也可以说是数据结构对齐。 02 【原理介绍】 CPU 以字长的方式读取数据,64 位操作系统中一个字
按照指令和数据是否统一编址,可以将计算机分成冯·诺伊曼体系结构和哈弗结构、 (1)冯·诺伊曼体系结构中,程序指令和数据连续存储,也就是指令和数据统一编址,这样程序指令和数据不能同时和处理器通信。 (2)哈佛体系结构的主要特点是把指令和数据分开进行存储,也就是说有程序存储器和数据存储器分别编址。很多嵌入式处理器采用这种体系结构,如DSP和8051单片机。近来, 出现了具有单一主要存储器、同时有分离的指令高速缓存和数据高速缓存的计算机,这种体系结构也被称为哈佛体系结构。
之前遇到过这样一个情况(发现问题的结构体并不长这样, 不过为了引出问题, 改了一下):
如果您以前写过 Golang ,那您很可能见过或者写过 Struct 结构体。但是,您可能不知道,通过简单地重新排序结构体中的字段,您可以极大地提高 Go 程序的速度和内存使用率!
为什么A和B的sizeof值不一样,明明都是两个char和一个double,不应该是1+1+8 = 10嘛?
DMA应该多多少少知道点吧。DMA(Direct Memory Access)是指在外接可以不用CPU干预,直接把数据传输到内存的技术。这个过程中可以把CPU解放出来,可以很好的提升系统性能。那么DMA和Cache有什么关系呢?这也需要我们关注?
所有的类在OC中最终都会编译为objc_object(在这个问题中可以看做父类),其中包含一个isa指针,所以需要再加上8字节。
由于移动端资源的限制,大部分深度学习引擎都部署在云端,移动设备获取到输入数据,经过简单的加工,发送给云端,云端服务器经过深度神经网络推断运算,得到结果并反馈给移动端,完成整个过程。
数据对齐是指数据在内存中的分配方式。规则的内存分配可以加速CPU访问内存速度。如果不了解数据对齐,会导致编写的程序消耗额外的内存,并且程序性能低下。
核心: 1.每个元素的首地址偏移量必须能整除该元素的长度。 2. 整个结构体的长度必须能整除最长元素的字节数。
导言 | 本文邀请到腾讯CSIG后台开发工程师kevineluo从文件传输场景以及零拷贝技术深究Linux I/O的发展过程、优化手段以及实际应用。I/O相关的各类优化已经深入到了日常开发者接触到的语言、中间件以及数据库的方方面面。通过了解和学习相关技术和思想,开发者能对日后自己的程序设计以及性能优化上有所启发。 前言 存储器是计算机的核心部件之一,在完全理想的状态下,存储器应该要同时具备以下三种特性:第一,速度足够快:存储器的存取速度应当快于CPU执行一条指令,这样CPU的效率才不会受限于存储器;第二,
在ARM平台上,ARMv6之前,SWP和SWPB指令被用来支持对shared memory的访问:
在用sizeof运算符求算某结构体所占空间时,并不是简单地将结构体中所有元素各自占的空间相加,这里涉及到内存字节对齐的问题。从理论上讲,对于任何变量的访问都可以从任何地址开始访问,但是事实上不是如此,实际上访问特定类型的变量只能在特定的地址访问,这就需要各个变量在空间上按一定的规则排列,而不是简单地顺序排列,这就是内存对齐。 内存对齐的原因: 1)某些平台只能在特定的地址处访问特定类型的数据; 2)提高存取数据的速度。比如有的平台每次都是从偶地址处读取数据,对
作者:kevineluo,腾讯 CSIG 后台开发工程师 本文将从文件传输场景以及零拷贝技术深究 Linux I/O 的发展过程、优化手段以及实际应用。 前言 存储器是计算机的核心部件之一,在完全理想的状态下,存储器应该要同时具备以下三种特性: 速度足够快:存储器的存取速度应当快于 CPU 执行一条指令,这样 CPU 的效率才不会受限于存储器; 容量足够大:容量能够存储计算机所需的全部数据; 价格足够便宜:价格低廉,所有类型的计算机都能配备。 但是现实往往是残酷的,我们目前的计算机技术无法同时满足上述的三个
存储器是计算机的核心部件之一,在完全理想的状态下,存储器应该要同时具备以下三种特性:
架构这个词,英文是architecture,牛津词典对其解释为the design and structure of a computer system。所以,这个词体现的是设计和结构,也就是说,是一个抽象机器或通用模型概念上的描述,而不是一个真实机器的实现。这就好比一辆手动挡车,无论是前轮驱动还是后轮驱动,它的油门总是在右,离合器在左。这里,油门和离合器的位置就相当于架构,前轮还是后轮驱动是具体实现。所以,相同的架构,实现未必相同。
内存问题在 C/C++ 程序中十分常见,比如缓冲区溢出,使用已经释放的堆内存,内存泄露等。
随着工艺的提升最近几十年CPU的频率不断提升,而受制于制造工艺和成本限制,目前计算机的内存主要是DRAM并且在访问速度上没有质的突破。因此,CPU的处理速度和内存的访问速度差距越来越大,甚至可以达到上万倍。这种情况下传统的CPU通过FSB直连内存的方式显然就会因为内存访问的等待,导致计算资源大量闲置,降低CPU整体吞吐量。同时又由于内存数据访问的热点集中性,在CPU和内存之间用较为快速而成本较高的SDRAM做一层缓存,就显得性价比极高了。
冯 ·诺伊曼计算机体系结构的主要内容之一就是“程序预存储,计算机自动执行”!处理器要执行的程序(指令序列)都是以二进制代码序列方式预存储在计算机的存储器中,处理器将这些代码逐条地取到处理器中再译码、执行,以完成整个程序的执行。为了保证程序能够连续地执行下去,CPU必须具有某些手段来确定下一条取指指令的地址。程序计数器(PC )正是起到这种作用,所以通常又称之为‘指令计数器’。CPU总是按照PC的指向对指令序列进行取指、译码和执行,也就是说,最终是PC 决定了程序运行流向。故而,程序计数器(PC )属于特别功能寄存器范畴,不能自由地用于存储其他运算数据。 在程序开始执行前,将程序指令序列的起始地址,即程序的第一条指令所在的内存单元地址送入PC,CPU 按照 PC的指示从内存读取第一条指令(取指)。当执行指令时,CPU自动地修改PC 的内容,即每执行一条指令PC增加一个量,这个量等于指令所含的字节数(指令字节数),使 PC总是指向下一条将要取指的指令地址。由于大多数指令都是按顺序来执行的,所以修改PC 的过程通常只是简单的对PC 加“指令字节数”。 当程序转移时,转移指令执行的最终结果就是要改变PC的值,此PC值就是转去的目 标地址。处理器总是按照PC 指向取指、译码、执行,以此实现了程序转移。 ARM 处理器中使用R15 作为PC,它总是指向取指单元,并且ARM 处理器中只有一个PC 寄存器,被各模式共用。R15 有32 位宽度(下述标记为R15[31:0],表示R15 的‘第31位’到‘第0位’),ARM 处理器可以直接寻址4GB 的地址空间(2^32 = 4G )。 (解释什么是字对齐什么是半字对齐)存储器是计算机中用于记忆数据信息的电子装置,它通过记忆“高/低”电平记忆“1/0”能记忆 1 位“1/0”数据的电子单元,称之为存储元,计算机中的存储器通常将每8 个这样的存储元组成一个单元,称之为字节,字节是处理器访问存储器的最小单位。ARM 处理器对存储器空间的访问分辨率以字节为最小单位;ARM 处理器还支持 16bit 数据(2 字节)的存储器访问和 32bit数据(4 子节)的存储器访问。在ARM 中将32 位的数据称之为‘字’,将 16 位的数据称之为‘半字’。 ARM 处理器在对于“字”/ “半字”数据进行访问时,对数据的存储格式是有要求的。要求被访问的“半字”必须存放在存储器紧邻的两个字节单元,并且首字节地址必须能被2整除,这样存储的 16bit 数据称为 ‘半字对齐’存储数据,16bit 数据这样的存储方式称为 ‘半字对齐’存储。类似的,ARM 处理器在进“字”数据访问时,要求被访问的“字”必须 存放在存储器紧邻的4 个字节单元,并且首字节地址必须能被4 整除,这样存储的32bit 数 据称为‘字对齐’存储数据,32bit 数据这样的存储方式称为‘字对齐’存储。 能被2 整除数据的二进制表示,其最低位一定是‘0’;能被4 整除数据的二进制表示,其最低两位一定是‘00’。ARM 体系要求32 位长的ARM 指令在存储器中必须字对齐存储,16 位长的 Thumb 指令必须半字对齐存储。因此,在ARM 状态下,R15 的值总是能被4 整除,也就是R15 寄存器的最低2 位总是 0;Thumb 状态下,R15 的值总是能被2 整除,也就是R15 寄存器的最低位总是0。
在写代码的过程偶尔会用到一些宏,这些宏多定义在头文件中,通过查看头文件,就可以获取相关信息
本文意在介绍C语言里的常规自定义类型,它是C语言里最重要的概念之一,是我们从简单使用C语言到综合运用必不可少的知识之一,在C语言中具有重要的地位和作用,掌握自定义类型的使用方法和技巧对于写出高质量的C程序是非常重要的。
cmpxchg是X86比较交换指令,这个指令在各大底层系统实现的原子操作和各种同步原语中都有广泛的使用,比如linux内核,JVM,GCC编译器等,cmpxchg就是比较交换指令,了解cmpxchg之前先了解原子操作。
导语 | 代码的稳健、可读和高效是我们每一个coder的共同追求。本文将结合Go语言特性,为书写高效的代码,力争从常用数据结构、内存管理两个方面给出相关建议。话不多说,让我们一起学习Go高性能编程的技法吧。 一、常用数据结构 (一)反射虽好,切莫贪杯 标准库reflect为Go语言提供了运行时动态获取对象的类型和值以及动态创建对象的能力。反射可以帮助抽象和简化代码,提高开发效率。 Go语言标准库以及很多开源软件中都使用了Go语言的反射能力,例如用于序列化和反序列化的json、ORM框架 gorm、xorm等
大家好啊,不知道看了网管在上周的文章Go指针的使用限制和unsafe.Pointer突破之路,你们有没有感觉Golang 比之前想的还好用呢?确实能直接读写内存,很多以前觉得无能为力的事情就不再是问题了,比如那些没对外开放只能在开源包内部用的结构体字段这下我们都有办法抓到了,起码能给程序调试带来不小的速度提升。
可以看到CPU是最快的,但是最窄,也就是说它虽然快,但存储量不大。CPU又可以分为三层,从上至下分别为:
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