在 x86-64 上，32 位应用程序是不是比 64 位应用程序有性能优势？

Posted 2023-03-23

【中文标题】在 x86-64 上，32 位应用程序是不是比 64 位应用程序有性能优势？

【英文标题】：Are there performance advantages of 32 bit apps over 64 bit ones, on x86-64?在 x86-64 上，32 位应用程序是否比 64 位应用程序有性能优势？

【发布时间】：2021-12-19 11:39:08

【问题描述】：

我知道 64 位相对于 32 位的优势，但除了兼容性之外，32 位应用程序相对于 64 位应用程序是否有任何优势可以使 32 位应用程序更快或更高效？

【参考方案1】：

简而言之，没有。更准确地说，理论上某些处理器可能是这种情况，但我不知道。

我想到的唯一其他区别是 32 位指令通常更小（至少由于没有 REX 前缀），因此您可以通过这种方式节省一些空间，但它可能不会超过x64 的好处。考虑到 x64 特有的指令也往往具有更高的影响，即一次处理更多数据，代码甚至可能在 x64 中变得更紧凑。而且，出于同样的原因，x32 通常更慢。所以不，除了兼容性之外，x32 与 x64 相比没有任何真正的优势。

【讨论】：

如果你有很多指针密集的数据结构，比如树，最好的情况是 x86-64 的 ILP32 ABI（64 位模式下的 32 位指针，如 Linux's x32 ABI），因为您的数据结构的缓存占用空间比普通的 64 位 ABI 更小。在这种情况下，32 位模式可以比常规的 64 位代码更快，尽管寄存器更少并且有传统的调用约定，只要您不需要超过 4 GiB 的地址空间。对于复制大量数据，您可以在任一模式下使用 SIMD（SSE 或 AVX），每个插入 16 或 32 个字节。

也就是说，大多数程序在 64 位模式下速度更快，特别是如果他们不天真地使用 64 位整数来处理他们不需要的事情。现代 CPU 可以很好地处理 x86-64 机器码的较大平均指令大小。

【参考方案2】：

有一个很大的优势：32 位应用程序使用的内存要少得多（正是因为指针更小）。并非一切都是指针，例如字符串和数字不会改变它们的大小，因此有效差异不是 2 倍。我碰巧特别了解 javascript 引擎，对于相同的工作负载，64 位版本通常比同一引擎的 32 位版本多使用大约 50% 的内存。

V8 最近通过在其 64 位版本中实现“pointer compression”解决了这个问题。理论上，任何 C/C++ 应用程序都可以做同样的事情，但这是一项巨大的工程工作。

也就是说，这通常不是不迁移到 64 位的理由，因为其他好处（更多寄存器、更多地址空间）通常会超过这个缺点。但这确实意味着，如果您的目标是内存小于 4GiB 的设备/机器，您可能希望坚持使用 32 位构建，如果内存消耗是一个问题。

（根据我的经验，性能好坏参半：更小的代码和更小的数据意味着 32 位上的缓存利用率更高；OTOH 在 64 位上拥有更多和更宽的寄存器可以在那里节省指令。在极少数极端情况下，a 64 位应用程序可以同时处理两倍的数据；大多数情况下，差异只会在 1-5% 的范围内，并且可以朝任一方向发展：有时 32-位构建确实比 64 位构建快一点；这实际上取决于应用程序在做什么。）

【讨论】：

实际上，根据我看到的一些基准，32 位代码通常有更多的缓存未命中，因为需要更多的内存访问。 64 位代码有更多寄存器，因此不需要大量溢出到内存

【参考方案3】：

对于 Windows 应用程序，32 位被视为“最便携”（更易于分发），尽管这已不再是问题。

对于像 Ruby 这样的内存占用者，在我看来它使用了 1/2 的 RAM，因此您可以在 RAM 有限的机器上运行更多应用程序。更不用说“所有应用程序”使用更少的 RAM（内核等）

它的运行速度也更快，因为它遍历所有内存进行垃圾收集，这更适合缓存，需要遍历的整体 RAM 更少，寻找指针等。同时，64 位不太可能在 GC 寻找指针时发现误报，所以对于 64 位来说，胜利很小。

如果您真的很勇敢，您可以尝试混合 x32 ABI（32 位指针，64 位寄存器）https://unix.stackexchange.com/questions/121424/linux-and-x32-abi-how-to-use，它旨在实现两全其美。我真的不确定为什么它不被认为是更受欢迎的选择，这对我来说似乎是一个不错的胜利，权衡是你不能拥有超过 2GB 的 RAM。我的猜测是大多数人不是在一个非常受 RAM 限制的环境中，或者只是直接使用“32 位内核”（得到很好的支持）的胜利还不够动力？从本质上讲，大多数盒子都有大量 RAM，所以它不是那么重要？

【讨论】：

IIUC x32 的问题在于，将软件移植到它上比人们最初希望的要多得多，并且考虑到 (1) 目标受众，(2) x86 或 x64 的优势，以及 ( 3) 由于内存限制较高，大多数人会更喜欢 x64 的时间窗口都相对较小，这是不值得的。

@jmrk：如果大多数东西已经安全地编译为 32 位模式，大多数东西都可以直接编译为 x32 而不需要额外的工作；人们需要安装第三组库，以获得通常很小的性能优势，这确实是采用的阻碍。只有少数东西，如带有 JIT 引擎的 JVM 或 JS 实现需要特殊的移植工作。 x32 类型大小与 32 位模式相同，只有 long long 是 64 位类型。可能结构布局规则有些不同，比如 alignof(long long) 和 alignof(double) 可能是 8 而不是 32 位模式的 4。

x32 个用户空间进程每个可以使用 4GiB 的 RAM，而不仅仅是 2 个。与 64 位内核下的 32 位进程相同。 （它是决定计算机可以利用多少总 物理 RAM 的内核，而 x32 只是一个用户空间 ABI；内核本身总是完全 64 位的。）

@PeterCordes：当然；人们希望“大多数”东西可以被编译，但实际观察是，大量的包确实需要（显着的）改编。需要第三组库这一事实是一种结果：假设，一个人可能拥有纯 x32 系统，但这并不成功，因为有太多软件在编译为时不能“正常工作” x32（或者是封闭源代码，因此不能重新编译）。