第一章明确高性能步伐(4) 猜测实行和分支猜测

程序员 · 2024-9-29 08:33:13

猜测实行和分支猜测

只要流水线连续不绝地注入指令，则齐备顺遂。但是当碰到一个条件分支时会发生什么呢？流水线必须在测试效果发表前等待，因此，下一条指令只有在当前指令结束时才气开始。欢迎来到80年代，486期间！这被称为流水线壅闭（pipeline stall），会使流水线的上风荡然无存。由于险些每个步伐都存在大量的if-then-else语句，必须找到办理流水线壅闭标题的办法。
制造商找到的办理方法是：猜测实行（speculative execution）：与其等待，我们不如通过猜测选择实行此中一条分支地指令。假如我们充足荣幸，则恰恰做对了，但是假如没那么荣幸，我们就得扬弃刚才推测实行的效果，如许就会遭遇同样的流水线壅闭情况。假设我们随机地选择分支，50%的情况会是正确的，也能极大地提拔流水线地吞吐率！
唯一的标题是if语句的分支在大概性上并非等同！在通常情况下，他们乃至是高度不平衡分布的：此中一条是错误处理惩罚分支，另一条是正常分支，但是处理惩罚器并不知道测试的寄义，那么，我们能做些什么呢？办理方案是分支猜测：处理惩罚器学习代码中的分支可以或许很好地猜测在给定条件下，哪条分支会被实行。
很快标题竟变得云云复杂，不是吗？假如你曾经思考过这些标题，你并不孤单。在不久之前，编程届因幽灵和熔断漏洞的披露而震惊，这些漏洞可让攻击者看到未被授权的内存地域的内容。破解的第一步是引诱分支猜测器在猜测实行时选择错误的分支。当处理惩罚器发现不被允许的访问，指令会被暂停实行，但被掩护的数据却还在缓存中，可以用一些复杂的技能推测出来，在此我们不作讨论。这些缺陷对已往十年的处理惩罚器优化技能提出了寻衅，假如要办理这些缺陷，肯定带来相称大的性能丧失。
就CPU性能优化而论，我们都对下一代CPU架构如何演化充满好奇，岂非不是吗？

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