linux - 为什么运行一个空程序需要这么多指令？

Question

所以最近我了解到perf linux下的命令。我决定运行一些实验，因此我创建了一个空的 c 程序并测量了运行所需的指令数:

echo 'int main(){}'>emptyprogram.c && gcc -O3 emptyprogram.c -o empty
perf stat ./empty

这是输出:

 Performance counter stats for './empty':

      0.341833      task-clock (msec)         #    0.678 CPUs utilized          
             0      context-switches          #    0.000 K/sec                  
             0      cpu-migrations            #    0.000 K/sec                  
           112      page-faults               #    0.328 M/sec                  
     1,187,561      cycles                    #    3.474 GHz                    
     1,550,924      instructions              #    1.31  insn per cycle         
       293,281      branches                  #  857.966 M/sec                  
         4,942      branch-misses             #    1.69% of all branches        

   0.000504121 seconds time elapsed

为什么它使用这么多指令来运行一个实际上什么都不做的程序？我想这可能是将程序加载到操作系统所需的一些基线指令数，所以我寻找了一个用汇编编写的最小可执行文件，我找到了一个 142 字节的可执行文件，输出 "Hi World"这里 ( http://timelessname.com/elfbin/ )

在 142 字节的 hello 可执行文件上运行 perf stat，我得到:

Hi World

 Performance counter stats for './hello':

      0.069185      task-clock (msec)         #    0.203 CPUs utilized          
             0      context-switches          #    0.000 K/sec                  
             0      cpu-migrations            #    0.000 K/sec                  
             3      page-faults               #    0.043 M/sec                  
       126,942      cycles                    #    1.835 GHz                    
       116,492      instructions              #    0.92  insn per cycle         
        15,585      branches                  #  225.266 M/sec                  
         1,008      branch-misses             #    6.47% of all branches        

   0.000340627 seconds time elapsed

这似乎仍然比我预期的要高很多，但我们可以接受它作为基准。在那种情况下，为什么运行 empty需要多 10 倍的指令？这些指令做了什么？如果它们是某种开销，为什么 C 程序和 helloworld 汇编程序之间的开销差异如此之大？

Answer 1

声称它“实际上什么都不做”是不公平的。是的，在应用程序级别，您选择让整个事情成为您的微基准测试的巨大空操作，这很好。但是不，在系统级别的幕后，它几乎不是“什么都没有”。你让 linux fork 出一个全新的执行环境，初始化它，并将它连接到环境。您调用了很少的 glibc 函数，但动态链接并非易事，经过一百万条指令后，您的进程已准备好要求故障 printf() 和 friend ，并有效地引入您可能已链接或 dlopen() 的库。

这不是实现者可能会优化的那种微平台。有趣的是，您是否可以识别在某些用例中从未使用过的 fork/exec 的“昂贵”方面，因此在非常特定的情况下可能会被 #ifdef 退出(或使其执行短路)。对 resolv.conf 的惰性求值就是一个例子，如果一个进程从不与 IP 服务器交互，它就永远不会支付开销。