为什么RDTSC不是序列化指令？

Question

[Intel manuals for the RDTSC instruction警告，当实际执行RDTSC时，乱序执行可能会改变，因此他们建议在其前面插入CPUID指令，因为CPUID会序列化指令流（永远不会乱序执行CPUID）。我的问题很简单：如果他们能够进行指令序列化，为什么不进行RDTSC序列化呢？它的全部目的似乎是要获得精确的周期计时。是否有一种情况，您会not想要在其前面加上序列化指令？

较新的Intel CPU具有单独的RDTSCP指令，该指令正在序列化。英特尔选择引入单独的指令，而不是改变RDTSC的行为，这向我暗示，在某些情况下，您想要的是潜在的乱序时间。这是什么？

Answer 1

如果您尝试使用rdtsc来查看分支是否预测错误，则需要非序列化版本。

//math here
rdtsc
branch if zero to done
//do some work that always takes 1 cycle
done: rdtsc

如果正确预测了分支，则增量将很小（甚至可能为负？）。如果分支预测错误，则增量将很大。

使用序列化版本，将解决分支条件，因为第一个rdtsc等待数学完成。

Answer 2

时间戳计数器是在奔腾微体系结构上引入的。直到奔腾Pro才出现乱序执行。英特尔本来可以（架构上或内部）进行rdtsc序列化，但似乎他们决定使其保持非序列化，这对于通用时间测量是可以的，并留给程序员在必要时添加序列化指令。这有利于减少测量的开销。

您提供的文档中实际上已经确认，并带有以下有关Pentium和Pentium / MMX的注释（在4.2中，稍有措辞）：

第4.1节（Pentium Pro和Pentium II）中描述的所有规则和代码示例也适用于Pentium和Pentium / MMX。唯一的区别是，串行化不需要CPUID指令。

并且，来自Wikipedia：

时间戳记计数器是奔腾以来所有x86处理器上都存在的64位寄存器。

：：：

[从奔腾Pro开始，英特尔处理器支持乱序执行，其中指令不一定按照它们在可执行文件中出现的顺序执行。这可能导致RDTSC的执行时间比预期的晚，从而产生误导的周期计数。

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RDTSCP的两种用途之一是为时间戳信息提供addition中的处理器ID（名称为Read Time-Stamp Counter *AND* Processor ID），这在跨TSC不同步的系统上非常有用芯或插座（请参阅：How to get the CPU cycle count in x86_64 from C++?）。 rdtscp的附加序列化属性使它在感兴趣区域的末端更加方便（请参阅：Is there any difference in between (rdtsc + lfence + rdtsc) and (rdtsc + rdtscp) in measuring execution time?）。

Answer 3

他们为什么不对RDTSC进行序列化？它的全部目的似乎是要获得精确的周期计时]

嗯，大多数时候都是要获得高分辨率的时间戳。这些时间戳至少在某些时候用于性能指标。进行指令序列化可能需要管道刷新，这对于绑定CPU的应用程序可能非常昂贵。

[Intel选择引入单独的指令，而不是改变RDTSC的行为，这向我表明，在某些情况下，您想要的是潜在的乱序时间。

更改行为几乎总是不希望的。英特尔的客户会失望地发现RDTSC在较新的部件上有不同之处。

Answer 4

[如合理解释，RDTSC早于“序列化”指令的概念，因为它是在有序CPU上实现的。稍后添加该行为将更改使用该行为的代码的内存访问行为，因此出于某些目的不兼容。

相反，较新的CPU具有相关的RDTSCP指令，该指令[定义为序列化（实际上更强：它承诺等到all条指令完成之前执行，而不仅仅是内存访问已完成正是由于这个原因。如果您在现代CPU上运行，请使用它。