Qual é a diferença entre chamadas prováveis e improváveis no Kernel?

Question

Qual é a probabilidade entre chamadas prováveis e improváveis no Kernel? Enquanto pesquisava através da fonte do kernel, encontrei estas declarações.

# define likely(x)      __builtin_expect(!!(x), 1)
# define unlikely(x)    __builtin_expect(!!(x), 0)

Alguém poderia lançar alguma luz sobre isso?

    

Answer 1

Eles são dicas de compilador para o GCC. Eles são usados em condicionais para dizer ao compilador se uma ramificação provavelmente será usada ou não. Ele pode ajudar o compilador a estabelecer o código de maneira ideal para o resultado mais frequente.

Eles são usados assim:

if (likely(some_condition)) {
  // the compiler will try and make the code layout optimal for the case
  // where some_condition is true, i.e. where this block is run
  most_likely_action();
} else {
  // this block is less frequently used
  corner_case();
}

Ele deve ser usado com muito cuidado (isto é, com base nos resultados reais de criação de perfis de filiais). Uma dica errada pode degradar o desempenho (obviamente).

Alguns exemplos de como o código pode ser otimizado são encontrados facilmente pesquisando por GCC __builtin_expect . Esta postagem do blog otimização do gcc: __builtin_expect , por exemplo, detalha uma desmontagem com ele.

O tipo de otimizações que podem ser feitas é muito específico do processador. A idéia geral é que, com freqüência, os processadores executam o código mais rapidamente se ele não se ramificar / pular por todo o lugar. Quanto mais linear for, e quanto mais previsíveis forem os ramos, mais rapidamente será executado. (Isso é especialmente verdadeiro para processadores com pipelines profundos, por exemplo).

Assim, o compilador emitirá o código de tal forma que a ramificação mais provável não envolverá um salto se é isso que a CPU alvo prefere, por exemplo.

    

Answer 2

Vamos descompilar para ver o que o GCC 4.8 faz com ele

Sem esperar

#include "stdio.h"
#include "time.h"

int main() {
    /* Use time to prevent it from being optimized away. */
    int i = !time(NULL);
    if (i)
        printf("%d\n", i);
    puts("a");
    return 0;
}

Compile e descompile com o GCC 4.8.2 x86_64 Linux:

gcc -c -O3 -std=gnu11 main.c
objdump -dr main.o

Saída:

0000000000000000 <main>:
   0:       48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp
   4:       31 ff                   xor    %edi,%edi
   6:       e8 00 00 00 00          callq  b <main+0xb>
                    7: R_X86_64_PC32        time-0x4
   b:       48 85 c0                test   %rax,%rax
   e:       75 14                   jne    24 <main+0x24>
  10:       ba 01 00 00 00          mov    $0x1,%edx
  15:       be 00 00 00 00          mov    $0x0,%esi
                    16: R_X86_64_32 .rodata.str1.1
  1a:       bf 01 00 00 00          mov    $0x1,%edi
  1f:       e8 00 00 00 00          callq  24 <main+0x24>
                    20: R_X86_64_PC32       __printf_chk-0x4
  24:       bf 00 00 00 00          mov    $0x0,%edi
                    25: R_X86_64_32 .rodata.str1.1+0x4
  29:       e8 00 00 00 00          callq  2e <main+0x2e>
                    2a: R_X86_64_PC32       puts-0x4
  2e:       31 c0                   xor    %eax,%eax
  30:       48 83 c4 08             add    $0x8,%rsp
  34:       c3                      retq

A ordem de instrução na memória não foi alterada: primeiro o printf e, em seguida, puts e o retq return.

Com expectativa

Agora substitua if (i) por:

if (__builtin_expect(i, 0))

e ficamos:

0000000000000000 <main>:
   0:       48 83 ec 08             sub    $0x8,%rsp
   4:       31 ff                   xor    %edi,%edi
   6:       e8 00 00 00 00          callq  b <main+0xb>
                    7: R_X86_64_PC32        time-0x4
   b:       48 85 c0                test   %rax,%rax
   e:       74 11                   je     21 <main+0x21>
  10:       bf 00 00 00 00          mov    $0x0,%edi
                    11: R_X86_64_32 .rodata.str1.1+0x4
  15:       e8 00 00 00 00          callq  1a <main+0x1a>
                    16: R_X86_64_PC32       puts-0x4
  1a:       31 c0                   xor    %eax,%eax
  1c:       48 83 c4 08             add    $0x8,%rsp
  20:       c3                      retq
  21:       ba 01 00 00 00          mov    $0x1,%edx
  26:       be 00 00 00 00          mov    $0x0,%esi
                    27: R_X86_64_32 .rodata.str1.1
  2b:       bf 01 00 00 00          mov    $0x1,%edi
  30:       e8 00 00 00 00          callq  35 <main+0x35>
                    31: R_X86_64_PC32       __printf_chk-0x4
  35:       eb d9                   jmp    10 <main+0x10>

O printf (compilado para __printf_chk ) foi movido para o final da função, depois de puts e o retorno para melhorar a previsão do ramo, como mencionado por outras respostas.

Portanto, é basicamente o mesmo que:

int i = !time(NULL);
if (i)
    goto printf;
puts:
puts("a");
return 0;
printf:
printf("%d\n", i);
goto puts;

Esta otimização não foi feita com -O0 .

Mas boa sorte em escrever um exemplo que corre mais rápido com __builtin_expect do que sem, as CPUs são realmente inteligentes nos dias de hoje . Minhas tentativas ingênuas estão aqui .