为什么RDTSC不是序列化指令？

Question

RDTSC 指令的英特尔手册警告说，当 RDTSC 实际执行时，无序执行可能会更改，因此他们建议在其前面插入 CPUID 指令，因为 CPUID 将序列化指令流（CPUID 永远不会无序执行）。我的问题很简单：如果他们有能力进行指令序列化，为什么他们不进行RDTSC序列化？它的全部意义似乎是获得周期准确的时间。是否存在您不希望在它之前使用序列化指令的情况？

较新的英特尔CPU有一个单独的RDTSCP指令，它正在序列化。英特尔选择引入一个单独的指令，而不是改变RDTSC的行为，这让我想到，在某些情况下，一个潜在的无序时序是你想要的。这是什么？

Answer 1

他们为什么不做RDTSC序列化？它的全部目的似乎是获得周期精确计时

嗯，大部分时间是为了获取高分辨率的时间戳。至少在某些时候，这些时间戳被用于性能度量。进行指令序列化可能需要管道刷新，这对于CPU受限的应用程序来说是非常昂贵的。

英特尔选择引入一条单独的指令，而不是改变RDTSC的行为，这向我暗示，在某些情况下，可能出现的无序计时是你想要的。

改变行为几乎总是不可取的。英特尔的客户会失望地发现RDTSC在较新的部件上做了一些不同的事情。

Answer 2

如果您试图使用rdtsc来查看分支是否预测错误，则需要非序列化版本。

//math here
rdtsc
branch if zero to done
//do some work that always takes 1 cycle
done: rdtsc

如果分支预测正确，增量将很小（甚至可能为负？）。如果分支预测失误，则增量将很大。

对于序列化版本，分支条件将被解决，因为第一个rdtsc等待数学运算完成。

Answer 3

时间戳计数器是在奔腾微体系结构上引入的。无序执行直到Pentium Pro才出现。英特尔本可以使< code>rdtsc序列化(架构上或内部)，但似乎他们决定保持它的非序列化，这对于通用时间测量是可以的，并让程序员在必要时添加序列化指令。这有利于减少测量的开销。

这在您提供的文档中得到了证实，并对奔腾和奔腾/MMX进行了以下评论（在4.2中，稍作修改）：

第4.1节(奔腾Pro和奔腾II)中描述的所有规则和代码样本也适用于奔腾和奔腾/MMX。唯一的区别是，CPUID指令对于序列化不是必需的。

来自维基百科:

时间戳计数器是自奔腾以来存在于所有x86处理器上的64位寄存器。

: : :

从奔腾 Pro 开始，英特尔处理器支持无序执行，其中指令不一定按照它们在可执行文件中出现的顺序执行。这可能导致 RDTSC 的执行时间晚于预期，从而产生误导性的周期计数。

RDTSCP 的两个用途之一是除了时间戳信息之外还为您提供处理器 ID（它就在名称读取时间戳计数器 *AND* 处理器 ID 中），这在内核或插槽之间具有未同步 TSC 的系统上很有用（请参阅：如何从 C 获取x86_64 CPU 周期计数？）。rdtscp 的附加序列化属性使其在感兴趣区域的末尾更加方便（请参阅：在测量执行时间时，（rdtsc lfence rdtsc） 和 （rdtsc rdtscp） 之间是否存在任何差异？）。