如何执行“invd”指令？

编程问答 2022-05-26

问题描述

我正在尝试使用缓存作为临时内存。使用缓存后，我不想存储任何修改过的缓存行。我开始知道我可以通过运行 invd 指令来实现这一点。因为与 wbinvd 不同，invd 使处理器的内部缓存无效（刷新）而不将它们存储到主内存中。

我写了一个内核模块来检查我是否可以执行 invd 指令。

#include <linux/module.h>     /* Needed by all modules */
#include <linux/kernel.h>     /* Needed for KERN_INFO */
#include <linux/init.h>       /* Needed for the macros */

int new_invd(void){
    asm volatile ("invd" : : : "memory");
    return 1;
}

static int __init hello_start(void)
{
    printk(KERN_INFO "Loading hello module...\n");

    //check if invd instruction executes  
    printk(KERN_INFO "running invd\n",new_invd());

    return 0;
}

static void __exit hello_end(void)
{
    printk(KERN_INFO "Goodbye\n");
}

module_init(hello_start);
module_exit(hello_end);

在编译和插入模块后，我得到 Segmentation fault (core dumped) 和 dmesg 显示，

[7525.227059] 正在加载 hello 模块... [ 7525.227088] 一般保护故障：0000 [#1] SMP

我使用 chromium 中提到的 asm volatile ("invd" : : : "memory");。现在我想我得到了错误，因为执行 invd 违反了主内存和缓存的一致性，正如@Gunther Piez 在这里指出的那样 How can I do a CPU cache flush in x86 Windows?。但是，我不确定是否是这种情况。

那么，对我为什么会收到这个 segfault 有什么帮助吗？如果这是由于违反缓存一致性，我该如何解决？如果没有，我该如何执行 invd？

我正在使用 Linux xxx 4.4.0-200-generic #232-Ubuntu SMP Wed Jan 13 10:18:39 UTC 2021 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

cat /proc/cpuinfo 显示，

vendor_id   : GenuineIntel
cpu family  : 6
model       : 158
model name  : Intel(R) Core(TM) i7-7700HQ cpu @ 2.80GHz

解决方法

您不能在 Linux 启动后安全地执行 invd，尤其是在其他内核可能正在执行任何操作（即有一些脏缓存行）的 SMP 系统中更是如此。丢弃所有最近的存储显然会破坏任何地方的东西，就像宇宙射线翻转了缓存或 RAM 中的一堆位一样。

如果您确实想通过运行 invd 来破坏您的系统，那么您的内联 asm 语句是正确的。

不支持丢弃特定缓冲区的内容，我认为 invd 无论如何都很慢。加上睡眠所有其他内核的成本（在深度睡眠刷新私有缓存的 CPU 模型上）并以某种方式确保即使 L3 缓存同步，例如在运行此临时缓冲区之前可能wbinvd（也非常慢）+ invd（禁用中断，其他内核一直处于休眠状态）。

最终让硬件写回您的缓冲区几乎肯定会更好地提高性能。保持它小并重复使用它，也许它不会在两次使用之间被写回。

我认为没有任何方法可以安全地使用 invd 来提高性能。即使您只关心单核性能，也可能不会。 （NT 存储和/或 clflush 可以使某些存储在 invd 之前进入 DRAM，因此使用它几乎不可能，但它可能太贵了，根本不值得。）

cpu-cachekernel-modulelinuxlinuxx86-64