装配中的指令跳转成本

Question

我一直对组装过程中的跳跃成本感到好奇。

cmp ecx, edx
je SOME_LOCATION # What's the cost of this jump?

它是否需要在查找表中搜索每个跳转，或者它是如何工作的？

Answer 1

不，跳跃式并不能进行搜索。汇编程序将标签解析为地址，在大多数情况下，地址被转换为当前指令的偏移量。地址或偏移量被编码在指令中。在运行时，处理器将地址加载到IP寄存器或将偏移量添加到IP寄存器的当前值(以及@Brendan讨论的所有其他影响)。

有一种类型的跳转指令，可用于从表中获取目标。跳转指令从存储器位置读取地址。(指令指定一个位置，因此仍然没有“搜索”。)这条指令可以如下所示：

jmp table[eax*4]

其中eax是包含要跳转到的地址的表中条目的索引。

Answer 2

最初(例如8086)，跳转的成本与mov的成本并没有太大的不同。

后来CPU增加了缓存，这意味着一些跳转更快(因为它们跳到的代码在缓存中)，而一些跳转则更慢(因为它们跳转到的代码不在缓存中)。

甚至以后CPU还添加了“无序”执行，其中条件分支(例如je SOME_LOCATION)将不得不等待，直到“以前的指令被并行执行”中的标志被知道。

这意味着像这样的序列

mov esi, edi 
cmp ecx, edx 
je SOME_LOCATION

可能比将其重新排列为

cmp ecx, edx 
mov esi, edi 
je SOME_LOCATION

增加国旗被人知道的可能性。

甚至后来CPU也增加了投机性的执行。在这种情况下，对于条件分支，CPU只是在实际知道之前(例如，在已知标志之前)猜测它将分支到哪里，如果它猜错了，就会假装它没有执行错误的指令。更具体地说，推测执行的指令在管道开始时被标记，并保存在管道的末尾(在退役时)，直到CPU知道它们是否可以提交到可见状态，或者它们是否必须被丢弃。

之后，事情变得更加复杂，有更好的方法来做分支预测，附加的“分支目标”缓冲区等等。

更改代码段的跳转成本更高。在实际模式中，这并不是很糟糕，因为CPU通常只在更改CS.base= value *16时才执行“CS =value* 16”。对于受保护模式，它是一个表查找(查找GDT或LDT条目)，解码条目，根据它是哪种条目来决定该做什么，然后是一堆保护检查。对于长模式来说，这有点相似。所有这些都增加了更多的不确定性(例如，表条目在缓存中？)。

最重要的是，有类似TLB错过的事情。例如，jmp [indirectAddress]可以在indirectAddress上造成TLB缺失，然后在堆栈顶部导致TLB失败，然后在新的指令指针处导致TLB丢失；其中每个TLB缺失可能要花费几百个周期。

大多数情况下，跳转的成本可以是从0周期(对于正确预测的跳转)到可能是1000个周期；取决于CPU的大小、跳转的类型、缓存中的内容、分支预测、缓存/TLB遗漏、RAM的速度/速度以及我可能忘记的任何东西。