指令级评测：指令指针的含义？

Question

当在汇编指令级别分析代码时，鉴于现代CPU不串行或按顺序执行指令，指令指针的位置真正意味着什么？例如，假设以下x64汇编代码：

mov RAX, [RBX];         // Assume a cache miss here.
mov RSI, [RBX + RCX];   // Another cache miss.             
xor R8, R8;        
add RDX, RAX;           // Dependent on the load into RAX.
add RDI, RSI;           // Dependent on the load into RSI.

指令指针将在哪条指令上花费大部分时间？我可以为他们所有人想出好的理由：

• mov-RAX，[RBX]可能需要100秒的周期，因为它是缓存未命中

Answer 1

这是一个好问题，但在我所做的性能调整中，这并不重要。这其实并不重要，因为你要找的是速度缺陷。这些是代码正在做的事情，需要时钟时间，可以做得更好，也可以根本不做。示例：
-花费I/O时间在DLL中查找实际上不需要查找的资源
-花费时间在内存分配例程中，制作和释放可以简单重复使用的对象
-重新计算可以存储的函数中的内容
。。。这只是我脑海中的一小部分

你最大的敌人是一种沾沾自喜的倾向，即说“我不会有意识地写任何bug。我为什么要写？”当然，你知道这就是你测试软件的原因。但是对于速度错误也是一样的，如果你不知道如何找到那些错误，你就假设没有，这是一种说“我的代码没有可能的加速，除非一个分析器可以告诉我如何减少几个周期。”

在我半个世纪的经验中，没有一段代码像第一次写的那样不包含速度错误。此外，还有一个巨大的倍增效应，你删除的每一个速度错误都会使剩下的错误更加明显。作为一个人为的例子，假设错误a占时钟时间的90%，错误B占9%。如果你只修复B，那有什么大不了的——代码要快11%。如果你只修复了一个，那很好——速度快了10倍。但如果你同时修复了这两个问题，那真的很好——速度快了100倍。固定A使B变大。

因此，在性能调优中，您最需要的是找到速度错误，而不是遗漏任何错误。当你完成所有这些之后，你就可以开始循环剃须了。

Answer 2

CPU认为只有架构寄存器（RAX、RBX等）和特定的指令指针（IP）。程序员和编译器瞄准了这种虚构。

然而，正如您所指出的，现代CPU不会连续或按顺序执行。在您的程序员/用户请求IP之前，它就像量子物理一样，IP是正在执行的指令波；所有这些都是为了让处理器能够尽可能快地运行程序。当您请求当前IP时（例如，通过调试器断点或分析器中断），处理器必须重新创建您期望的虚构，以便折叠这种波形（所有“飞行中”指令），将寄存器值收集回架构名称，并为执行调试器例程构建上下文，等等。

在这种情况下，有一个IP指示处理器应恢复执行的指令。在无序执行期间，该指令是尚未完成的最古老的指令，即使在中断时，处理器可能正在获取远远超过该点的指令。

例如，中断可能指示<代码>mov RSI，[RBX RCX] 作为IP，但异或已经执行并完成；然而，当处理器在中断后恢复执行时，它将重新执行异或。