c++ - 两条相似线路的 CPU 时间差异

Question

我的程序中有一个 while 循环，其中 IterZNext、IterZ 是指向列表中节点的指针。列表中的节点是具有名为“索引”的字段的结构类型。

double xx = 20.0;
double yy = 10000.0;
double zz;      
while (IterZNext!=NULL && NextIndex<=NewIndex)
{
    IterZ=IterZNext;
    IterZNext = IterZ->Next;
    if (IterZNext!=NULL)
    {
        zz = xx + yy;
                NextIndex1 = IterZNext->Index; // line (*)
        NextIndex = IterZNext->Index;  // line (**)
        IterZNext->Index;
    }
}

当我分析我的程序时，我发现了行 (*)

NextIndex1 = IterZNext->Index;

消耗大部分 CPU 时间(2.193 秒)，而行 (**)

NextIndex = IterZNext->Index;

与行 (*) 完全相同，仅使用 0.093 秒。我用Intel VTune Amplifier看到了这两条线的汇编，如下:

Address Line    Assembly                   CPU Time Instructions Retired
Line (*):
0x1666  561 mov eax, dword ptr [ebp-0x44]   0.015s  50,000,000
0x1669  561 mov ecx, dword ptr [eax+0x8]        
0x166c  561 mov dword ptr [ebp-0x68], ecx   2.178s  1,614,000,000

Line (**):
0x166f  562 mov byte ptr [ebp-0x155], 0x1   0.039s  80,000,000
0x1676  562 mov eax, dword ptr [ebp-0x44]   0.027s  44,000,000
0x1679  562 mov ecx, dword ptr [eax+0x8]        
0x167c  562 mov dword ptr [ebp-0x5c], ecx   0.026s  94,000,000

如果我更改行 () 和行 (*) 的顺序，则程序将更改为

double xx = 20.0;
double yy = 10000.0;
double zz;      
while (IterZNext!=NULL && NextIndex<=NewIndex)
{
    IterZ=IterZNext;
    IterZNext = IterZ->Next;
    if (IterZNext!=NULL)
    {
        zz = xx + yy;
                NextIndex = IterZNext->Index;  // line (**)
                NextIndex1 = IterZNext->Index; // line (*)
        IterZNext->Index;
    }
}

组装结果更改为

Address Line    Assembly    CPU Time    Instructions Retired
Line (**):
0x1666  560 mov byte ptr [ebp-0x155], 0x1   0.044s  84,000,000
0x166d  560 mov eax, dword ptr [ebp-0x44]   0.006s  2,000,000
0x1670  560 mov ecx, dword ptr [eax+0x8]    0.001s  4,000,000
0x1673  560 mov dword ptr [ebp-0x5c], ecx   1.193s  1,536,000,000

Line (*):
0x1676  561 mov eax, dword ptr [ebp-0x44]   0.052s  128,000,000
0x1679  561 mov ecx, dword ptr [eax+0x8]        
0x167c  561 mov dword ptr [ebp-0x68], ecx   0.034s  112,000,000

在这种情况下，第 (*) 行使用了大部分 CPU 时间 (1.245s)，而第 () 行仅使用了 0.086s。

谁能告诉我:(1) 为什么第一次赋值需要这么长时间？请注意，zz=xx+yy 行仅使用了 0.058s。这与缓存未命中有关吗？因为列表中的所有节点都是动态生成的。(2) 为什么这两条线的 CPU 时间差异很大？

谢谢!

Answer 1

所有现代 CPU 都是超标定器和无序的——这意味着指令实际上并不是按照汇编的顺序执行的，而且并不存在像当前 PC 这样的东西——有很多 10 条指令飞行并立即执行。

因此，CPU 报告的任何采样信息都只是 CPU 正在执行的粗略区域 - 它正在执行采样中断关闭时指示的指令；但它也在执行所有其他飞行中的任务!

然而，人们已经习惯(并期望)分析工具能够告诉他们 CPU 当前正在运行的确切哪条指令 - 因此当采样中断触发时，CPU 基本上会选择许多事件指令中的一条说明是“当前”的。