rdtscp 的“半栅栏”行为是怎么回事？

多年来 x86 CPU 支持rdtsc指令，读取当前CPU的“时间戳计数器”。该计数器的确切定义随着时间的推移而发生变化，但在最近的 CPU 上，它是一个相对于挂钟时间以固定频率递增的计数器，因此它作为快速、准确的时钟的构建块或测量时间非常有用由小段代码获取。

关于这一点的一个重要事实rdtsc指令不以任何特殊方式与周围的代码一起排序。与大多数指令一样，它可以相对于与其不存在依赖关系的其他指令自由地重新排序。这实际上是“正常的”，对于大多数指令来说，这只是一种使 CPU 更快的几乎看不见的方式（这只是一种冗长的说法无序执行).

For rdtsc it is important because it means you might not be timing the code you expect to be timing. For example, given the following sequence¹:

rdtsc
mov ecx, eax
mov rdi, [rdi]
mov rdi, [rdi]
rdtsc

你可能会期待rdtsc测量两个指针追逐加载负载的延迟mov rdi, [rdi]。然而，在实践中，即使这两个加载都需要查看时间（如果它们在缓存中丢失，则需要 100 秒的周期），您将获得相当小的读数rdtsc一对。问题是第二个rdtsc不等待加载完成，它只是无序执行，所以你没有计时你认为的时间间隔。也许两者兼而有之rdtsc指令实际上甚至在第一次加载开始之前就执行，具体取决于如何执行rdi是在本示例之前的代码中计算的。

到目前为止，这听起来更像是对一个没有人问过的问题的回答，而不是一个真正的问题，但我正在做到这一点。

您有两个基本用例rdtsc:

• 作为一个快速时间戳，您通常不关心它如何与周围的代码重新排序，因为无论如何您可能没有关于应该在哪里获取时间戳的指令级概念。

• 作为精确的计时机制，例如在微基准中。在这种情况下，您通常会保护您的rdtsc从重新订购lfence操作说明。对于上面的示例，您可能会执行以下操作：

  lfence
  rdtsc
  lfence
  mov ecx, eax
  ...
  lfence
  rdtsc
  

  确保定时指令（...）不要逃出计时区域之外，并且还要确保来自时间区域内部的指令不会进入（可能问题不大，但它们可能会与您想要测量的代码竞争资源）。

多年后，英特尔瞧不起我们这些可怜的程序员，想出了一条新指令：rdtscp. Like rdtsc它返回时间戳计数器的读数，并且这个家伙做了更多的事情：它使用时间戳读数原子地读取特定于核心的 MSR 值。在大多数操作系统上，这包含一个核心 ID 值。我认为这个值可以用于在每个核心可能具有不同 TSC 偏移量的 CPU 上将返回值正确调整为实时。

Great.

另一件事rdtscp介绍的是半击剑就乱序执行而言：

来自manual:

RDTSCP 指令不是序列化指令，但它确实 等待直到所有先前的指令都已执行并且所有先前的指令都已执行 负载是全局可见的。1 但它不会等待之前的存储 全局可见，后续指令可能会开始 在执行读操作之前执行。

所以这就像放一个lfence之前rdtscp，但不是之后。这种半剑的行为有什么意义呢？如果您想要一个通用时间戳并且不关心指令顺序，那么不受保护的行为就是您想要的。如果您想使用它来计时短代码部分，半围栏行为仅对第二次（最终）读取有用，但对初始读取无效，因为围栏位于“错误”一侧（实际上您想要两侧都有栅栏，但将栅栏放在内侧可能是最重要的）。

这样的半围栏有什么目的呢？

¹ I'm ignoring the upper 32-bits of the counter in this case.