解析Linux中的 likely 和 unlikely

Posted 2023-02-14 smartvxworks

      

目录

1.函数原型

2.使用该函数的作用

2.1 通过汇编代码查看编译器实际动作汇编代码如下：

3.总结

4.参考

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          Linux 中多处出现 likely 和 unlikely 的使用，它们的定义如下：

# define likely(x)	__builtin_expect(!!(x), 1)
# define unlikely(x)	__builtin_expect(!!(x), 0)

1.函数原型

        __builtin_expect 是 GCC 提供的内置函数 (built-in functions)，函数原型是

long __builtin_expect (long exp, long c)

        函数的返回值是 exp，它告诉编译器， 代码期望的是 exp == c 。

        注意：代码中!!，并不是特殊符号，只是两次取反，通过这种技巧，可以将任意量转换为0或1。0 为 0，非 0 值为1。

2.使用该函数的作用

        现代处理器的工作远超前于当前指令，比如从内存读新指令，译码指令等。只要指令遵循的是简单的顺序，那么这种指令流水线化就能很好的工作。当遇到分支的时候，处理器必须猜测分支该往哪个方向走，如果猜测错误，就会损失处理器的性能，因此需要分支预测技术。
__builtin_expect 就是用来为处理器的分支预测提供信息，帮助处理器进行分支预测。

if (unlikely(x)) 
	do_something();

return x;

        编译器会让主分支是概率最大的分支，尽量减少程序跳转的情况。以上代码会被编译器调整为如下的汇编逻辑。

if(x)
	goto L1;
	return x;
L1:
	do_something();
	return x;

2.1 通过汇编代码查看编译器实际动作

汇编代码如下：

normal_fun:
        pushq   %rbx
        movl    %edi, %ebx
        testl   %edi, %edi
        jne     .L4		；normal 版本采用默认的分支预测
.L2:
        movl    %ebx, %eax
        popq    %rbx
        ret
.L4:
        movl    $0, %eax
        call    do_something
        jmp     .L2
unlikely_fun:			
        pushq   %rbx
        movl    %edi, %ebx
        testl   %edi, %edi
        jne     .L8		；使等于1的情况作为跳转分支。
.L6:
        movl    %ebx, %eax
        popq    %rbx
        ret
.L8:
        movl    $0, %eax
        call    do_something
        jmp     .L6
likely_fun:
        pushq   %rbx
        movl    %edi, %ebx
        testl   %edi, %edi
        je      .L10	；使等于1的情况作为主分支。
        movl    $0, %eax
        call    do_something
.L10:
        movl    %ebx, %eax
        popq    %rbx
        ret

3.总结

        linux内核里的likely和unlikely实际上功能和if是一样的的，likely和unlikely在编译阶段，编译器对其进行了优化，减少分支，使得CPU执行更高效！

4.参考

Other Built-in Functions Provided by GCC
How do the likely/unlikely macros in the Linux kernel work and what is their benefit?
GCC __builtin_expect 解析