assembly - RMW 指令对现代 x86 是否有害？

Question

我记得在优化 x86 的速度时，通常要避免读-修改-写指令。也就是说，你应该避免像 add [rsi], 10 这样的东西。 ，这增加了存储在 rsi 中的内存位置.建议通常是将其拆分为读取-修改指令，然后是存储，例如:

mov rax, 10
add rax, [rsp]
mov [rsp], rax

或者，您可以使用显式加载和存储以及 reg-reg 添加操作:

mov rax, [esp]
add rax, 10
mov [rsp], rax

对于现代 x86，这仍然是合理的建议吗(曾经是吗？)？1

当然，在多次使用内存中的值的情况下，RMW 是不合适的，因为您将导致冗余加载和存储。我对一个值只使用一次的情况感兴趣。

基于Godbolt的探索，所有icc、clang和gcc prefer使用单个 RMW 指令来编译如下内容:

void Foo::f() {
  x += 10;
}

进入:

Foo::f():
    add     QWORD PTR [rdi], 10
    ret

所以至少大多数编译器似乎认为 RMW 很好，当该值只使用一次时。

有趣的是，当递增的值是全局值而不是成员值时，各种编译器并不一致，例如:

int global;

void g() {
  global += 10;
}

在这种情况下， gcc和 clang仍然是单个 RMW 指令，而 icc prefers带有显式加载和存储的 reg-reg 添加:

g():
        mov       eax, DWORD PTR global[rip]                    #5.3
        add       eax, 10                                       #5.3
        mov       DWORD PTR global[rip], eax                    #5.3
        ret     

可能跟 RIP有关相对寻址和微融合限制？但是，icc13 仍然对 -m32 做同样的事情。所以也许这更多地与需要 32 位位移的寻址模式有关。

1我故意使用模糊的术语现代 x86 基本上是指最后几代 Intel 和 AMD 笔记本电脑/台式机/服务器芯片。

Answer 1

Are RMW instructions considered harmful on modern x86?

不。

在现代 x86/x64 上，输入指令被翻译成 uops。
任何 RMW 指令都将分解为多个 uop；实际上，将单独的指令分解为相同的 uops。

通过使用“复杂”RMW 指令而不是单独的“简单”读取、修改和写入指令，您可以获得以下内容。

更少的解码指令。

更好地利用指令缓存

更好地利用可寻址寄存器

您可以在 Agner Fog's instruction tables 中清楚地看到这一点。 .
ADD [mem],const有 5 个周期的延迟。
MOV [mem],reg反之亦然，每个周期有 2 个周期的延迟和一个 ADD reg,const延迟为 1，总共为 5。

我检查了 Intel Skylake 的时间，但 AMD K10 是一样的。

您需要考虑到编译器必须迎合许多不同的处理器，有些编译器甚至对不同的处理器系列使用相同的核心逻辑。这可能会导致非常次优的策略。

RIP 相对寻址
在 X64 上，RIP 相对寻址需要一个额外的周期来解析旧处理器上的 RIP。
Skylake 没有这种延迟，我相信其他人也会消除这种延迟。
我相信你知道 x86 不支持 EIP 相对寻址；在 X86 上，您必须以迂回的方式执行此操作。