是否实际使用Intel x86 0x2E/0x3E前缀分支预测？

Question

在最新的英特尔软件开发手册中，它描述了两个操作码前缀：

Group 2 > Branch Hints

    0x2E: Branch Not Taken
    0x3E: Branch Taken

这些允许跳转指令的显式分支预测（操作码如Jxx）

我记得几年前读到过，在x86上，显式分支预测本质上是在gccs分支前置固函数的上下文中的no-op。

我现在不清楚这些x86分支提示是否是一个新功能，或者它们在实践中本质上是无操作的。

任何人都可以清除它吗？

（也就是说：gccs 分支预测函数是否会生成这些 x86 分支提示？ - 当前的英特尔 CPU 不会忽略它们吗？ - 这是什么时候发生的？

更新：

我创建了一个快速测试程序：

int main(int argc, char** argv)
{
    if (__builtin_expect(argc,0))
        return 1;

    if (__builtin_expect(argc == 2, 1))
        return 2;

    return 3;
}

拆卸成以下部件:

00000000004004cc <main>:
  4004cc:   55                      push   %rbp
  4004cd:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
  4004d0:   89 7d fc                mov    %edi,-0x4(%rbp)
  4004d3:   48 89 75 f0             mov    %rsi,-0x10(%rbp)
  4004d7:   8b 45 fc                mov    -0x4(%rbp),%eax
  4004da:   48 98                   cltq   
  4004dc:   48 85 c0                test   %rax,%rax
  4004df:   74 07                   je     4004e8 <main+0x1c>
  4004e1:   b8 01 00 00 00          mov    $0x1,%eax
  4004e6:   eb 1b                   jmp    400503 <main+0x37>
  4004e8:   83 7d fc 02             cmpl   $0x2,-0x4(%rbp)
  4004ec:   0f 94 c0                sete   %al
  4004ef:   0f b6 c0                movzbl %al,%eax
  4004f2:   48 85 c0                test   %rax,%rax
  4004f5:   74 07                   je     4004fe <main+0x32>
  4004f7:   b8 02 00 00 00          mov    $0x2,%eax
  4004fc:   eb 05                   jmp    400503 <main+0x37>
  4004fe:   b8 03 00 00 00          mov    $0x3,%eax
  400503:   5d                      pop    %rbp
  400504:   c3                      retq   
  400505:   66 2e 0f 1f 84 00 00    nopw   %cs:0x0(%rax,%rax,1)
  40050c:   00 00 00 
  40050f:   90                      nop

我看不到2E或3E？也许gcc出于某种原因忽略了它们？

Answer 1

虽然奔腾4是唯一一代真正尊重分支提示指令的处理器，但大多数处理器确实有某种形式的静态分支预测，可以用来达到同样的效果。这个答案与最初的问题有点相干，但我认为这对任何来到这个页面的人来说都是有价值的信息。

英特尔优化指南和Agner Fog的指南（这里已经提到过）都对此功能进行了出色的描述。

英特尔对比酷睿2更新的几代有这样的说法：

使条件分支后面的直通代码成为具有前向目标的分支的可能目标

因此，静态预测算法预测代码中向前跳转的条件分支不会被采用。

这与GCC似乎使用__builtin_expect生成的内容一致：“预期的”返回1/返回2代码被放置在条件分支的未采取路径中，这些路径将被静态预测为未采取。

此外：

使用静态预测算法预测分支目标缓冲区中没有历史记录的分支：

>

预测要采取的无条件分支。

预测不采取的间接分支。

因此，在GCC将无条件jmps放置到函数末尾的“预期”未执行路径中，这些跳转将被静态预测为已执行（即未跳过）。

英特尔还表示:

使条件分支之后的失败代码成为具有向后目标的分支的不可能目标

因此，通过静态预测算法预测在代码中向后跳转的条件分支被预测为被采用。

根据Agner Fog的说法，大多数奔腾也遵循以下算法：

在PPro、P2、P3、P4和P4E上，以前从未见过或不在“分支目标缓冲区”中的控制传输指令，如果向前执行，预计会失败，如果向后执行，则会被执行（例如循环）。在这些处理器上，静态预测比动态预测需要更长的时间。

然而，Core 2系列（和奔腾M）有一个完全不同的政策：

这些处理器不使用静态预测。预测器只是在第一次看到分支时进行随机预测，这取决于分配给新分支的BTB条目中发生了什么。做出正确的跳跃或不跳跃预测的可能性只有50%，但预测的目标是正确的。

AMD处理器显然也是如此：

预测分支在第一次被看到时不会被带走。预测分支总是在第一次被占用之后被占用。动态预测仅在分支被占用后才使用。分支提示前缀不起作用。

还有一个需要考虑的因素：CPU通常喜欢以线性方式执行，因此即使正确预测的分支也比正确预测的未获取分支更昂贵。

Answer 2

gcc不生成前缀是正确的，因为它们对奔腾4以后的所有处理器都没有影响。

但是__builtin_expect还有其他效果，例如将不期望的代码路径从代码中的缓存热位置移开或内联决策，因此它仍然很有用。

Answer 3

这些指令前缀对现代处理器（任何比奔腾4更新的处理器）都没有影响。它们只需要占用一字节的代码空间，因此，不生成它们是正确的做法。

有关详细信息，请参阅Agner Fog的优化手册，特别是3.微架构：http://www.agner.org/optimize/

英特尔®64和IA-32架构优化参考手册在关于优化分支的部分（第3.4.1节）中不再提及它们：http://www.intel.de/content/dam/doc/manual/64-ia-32-architectures-optimization-manual.pdf

这些前缀是网爆架构的（无害的）遗物。在全面优化中，您可以使用它们来对齐代码，但这就是它们现在的全部优点。