Tagged Pointer原理及其應用

2023/11/28 dev 共 734 字,約 3 分鐘

在現代的 x86-64 CPU 架構中,指標的大小為 64 位元,但 CPU 支援的記憶體位址範圍並不完全達到 64 位元,實際上目前只支援到 48 位元的虛擬位址。這意味著我們可以利用剩餘的 16 位元(64 - 48)來存儲額外的資料,只需在實際存取記憶體前將這些額外資料移除。

此外,記憶體對齊(memory alignment)是另一個關鍵因素。為了獲得更高的存取效率,記憶體地址需要按照一定的邊界對齊。例如,在 64 位元 CPU 上,記憶體地址會對齊到 8 Bytes(即 64 位元)邊界。這導致記憶體分配器不會分配像 0x12341111 這樣的地址,而會分配像 0x12341110 這樣對齊的地址。因此,在 64 位元 CPU 上,地址的最低 3 位元(對應於 8 Bytes對齊)不會被使用。這樣的對齊策略進一步提升了記憶體存取的效率,並為指標上的資料標記提供了可能性。

這適用於某些特殊的場景,例如:

  1. 垃圾收集和記憶體管理:在一些垃圾收集演算法中,tagged pointers 可以用來標記對象的狀態,如是否已被訪問或是否可回收,這有助於優化記憶體回收過程。
  2. 鎖和同步機制:用於Lock-Free Data Structure。在指標中嵌入狀態或版本信息,可以避免使用昂貴的鎖機制,從而提高性能。
  3. Cache Friendly Data Structure:在設計快取優化的數據結構時,減少每個元素的大小可以提高快取效率。使用 tagged pointers 可以在不影響整體結構大小的前提下,儲存額外的資料。

https://muxup.com/2023q4/storing-data-in-pointers https://github.com/golang/go/blob/master/src/runtime/tagptr_64bit.go

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