รหัสใดดีสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพการทำนายสาขา

การคาดการณ์ของสาขาและผลของการปรับแต่งคอมไพเลอร์รหัสใดมีแนวโน้มที่จะให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่า?

โปรดทราบว่า bRareExceptionPresent แสดงถึงเงื่อนไขที่ผิดปกติ มันไม่ใช่เส้นทางปกติของตรรกะ

/* MOST COMMON path must branch around IF clause */

bool SomeFunction(bool bRareExceptionPresent)
{
  // abort before function
  if(bRareExceptionPresent)
  {
     return false;
  }    
  .. function primary body ..    
  return true;
}

/* MOST COMMON path does NOT branch */

bool SomeFunction(bool bRareExceptionPresent)
{
  if(!bRareExceptionPresent)
  {
    .. function primary body ..
  }
  else
  {
    return false;
  }
  return true;
}

ในโลกทุกวันนี้มันไม่สำคัญมากถ้าเป็นเช่นนั้น

การคาดคะเนสาขาแบบไดนามิก (สิ่งที่คิดมานานหลายทศวรรษ (ดูการวิเคราะห์แบบแผนการทำนายสาขาแบบไดนามิกในปริมาณงานของระบบที่เผยแพร่ในปี 1996) เป็นเรื่องธรรมดา

ตัวอย่างนี้สามารถพบได้ในหน่วยประมวลผล ARM จาก Arm Info Center เกี่ยวกับการทำนายสาขา

เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการทำนายสาขาการรวมกันของเทคนิคแบบคงที่และแบบไดนามิกจะใช้

คำถามคือ "การคาดคะเนสาขาแบบไดนามิกคืออะไรในโปรเซสเซอร์แขน?" การอ่านอย่างต่อเนื่องของการทำนายสาขาแบบไดนามิกแสดงให้เห็นว่ามันใช้รูปแบบการทำนาย 2 บิต (อธิบายไว้ในกระดาษ) สร้างข้อมูลเกี่ยวกับว่าสาขานั้นถูกยึดอย่างแรงหรืออ่อนแอหรือไม่

เมื่อเวลาผ่านไป (และตามเวลาที่ฉันหมายถึงไม่กี่ผ่านบล็อกที่) นี้สร้างขึ้นข้อมูลเป็นวิธีที่รหัสจะไป

สำหรับการคาดคะเนแบบคงที่มันจะดูวิธีที่รหัสดูตัวเองและวิธีที่สาขาทำในการทดสอบ - ไปยังคำสั่งก่อนหน้าหรืออีกหนึ่งในรหัส:

รูปแบบที่ใช้ในหน่วยประมวลผล ARM1136JF-S คาดการณ์ว่าสาขาที่มีเงื่อนไขไปข้างหน้าทั้งหมดจะไม่ได้รับการดำเนินการและสาขาที่ย้อนหลังทั้งหมดจะถูกนำมาใช้ ประมาณ 65% ของสาขาทั้งหมดจะถูกนำหน้าด้วยรอบที่ไม่ใช่สาขาเพียงพอที่จะคาดการณ์ได้อย่างสมบูรณ์

ดังที่ได้กล่าวไว้โดย Sparky สิ่งนี้มีพื้นฐานอยู่บนความเข้าใจที่วนซ้ำบ่อยกว่า ห่วงแยกไปข้างหลัง (มีกิ่งที่ปลายห่วงเพื่อรีสตาร์ทที่ด้านบน) - ปกติแล้วจะทำเช่นนี้

อันตรายจากการพยายามเดาตัวคอมไพเลอร์ครั้งที่สองคือคุณไม่รู้ว่ารหัสนั้นจะถูกรวบรวมได้อย่างไร (และปรับให้เหมาะสม) และส่วนใหญ่มันไม่สำคัญ ด้วยการทำนายแบบไดนามิกสองครั้งผ่านฟังก์ชั่นมันจะทำนายการข้ามคำสั่งการป้องกันเพื่อให้ได้ผลตอบแทนก่อนกำหนด หากประสิทธิภาพของท่อส่งน้ำสองท่อมีประสิทธิภาพที่สำคัญมีสิ่งอื่นที่คุณต้องกังวล

เวลาที่ใช้ในการอ่านสไตล์หนึ่งในอีกลักษณะหนึ่งนั้นมีความสำคัญมากกว่า - การทำให้โค้ดสะอาดเพื่อให้มนุษย์สามารถอ่านได้เพราะคอมไพเลอร์กำลังจะทำอะไรได้ดีไม่ว่าคุณจะยุ่งหรือเป็นอุดมคติในการเขียนโค้ด

ความเข้าใจของฉันคือว่าครั้งแรกที่ CPU พบสาขามันจะทำนาย (ถ้าสนับสนุน) ว่าสาขาไปข้างหน้าจะไม่ได้รับสาขาและสาขาหลังเป็น เหตุผลสำหรับเรื่องนี้คือการวนรอบ (ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะแตกกิ่งก้านสาขา) จะถือว่าเป็นห่วง

ในโปรเซสเซอร์บางตัวคุณสามารถให้คำแนะนำในคำสั่งการประกอบว่าเส้นทางใดมีแนวโน้มมากขึ้น รายละเอียดของการหลบหนีฉันในขณะนี้

นอกจากนี้คอมไพเลอร์ C บางตัวยังสนับสนุนการทำนายสาขาแบบสแตติกเพื่อให้คุณสามารถบอกคอมไพเลอร์ว่ามีแนวโน้มว่าสาขาใด ในทางกลับกันมันอาจจัดระเบียบรหัสที่สร้างขึ้นใหม่หรือใช้คำแนะนำที่ปรับเปลี่ยนเพื่อใช้ประโยชน์จากข้อมูลนี้ (หรือแม้แต่ไม่สนใจมัน)

__builtin_expect((long)!!(x), 1L)  /* GNU C to indicate that <x> will likely be TRUE */
__builtin_expect((long)!!(x), 0L)  /* GNU C to indicate that <x> will likely be FALSE */

หวังว่านี่จะช่วยได้