assembly - 分支预测会导致非法指令吗？

Question

在以下伪代码中：

if (rdtscp supported by hardware) {
    Invoke "rdtscp" instruction
} else {
    Invoke "rdtsc" instruction
}

假设 CPU 不支持该rdtscp指令，所以我们回退到 else 语句。

如果 CPU 错误预测了分支，指令流水线是否有可能尝试执行rdtscp并抛出Illgal Instruction错误？

Answer 1

在英特尔处理器手册第 3A 卷第 6.15 章中明确记录了#UD 陷阱（无效的操作码执行）：

在实现乱序执行微架构的 Intel 64 和 IA-32 处理器中，直到尝试退出执行无效指令的结果时才会生成此异常；也就是说，解码和推测性地尝试执行无效的操作码不会生成此异常。同样，在 Pentium 处理器和更早的 IA-32 处理器中，不会由于预取和初步解码无效指令而生成此异常。

Answer 2

指令陷阱，例如“非法指令”陷阱，在指令执行时生效，而不是之前。程序通常取决于程序在陷阱被抛出的那一刻处于什么状态，因此提前执行它们将是架构中的一个严重错误。

编辑：好的，好的。来自英特尔软件开发人员手册，第 3A 卷：

P6 系列处理器推测执行指令的能力不会影响处理器对中断的处理。中断发生在指令执行的退出阶段的指令边界处；所以它们总是被按“顺序”指令流处理。

Answer 3

这取决于您如何定义“原因”。它可以产生一些可观察的效果吗？是的。

正如 Hans 和 Sneftel 所指出的 - 异常、中断、陷阱等都在退休时发生，错误路径代码永远无法到达。因此，错误预测的分支不会导致错误路径指令的提交/退出，包括它们可能尝试执行的任何非法操作码。

但是，错误预测的代码路径可能会以更微妙的方式影响微架构状态，您可能已经执行和缓存了加载、完成了页面遍历以及各种其他微架构事件 - 简而言之，您的 CPU 所做的所有艰苦工作而你不小心去错误地预测了一些分支（这在 OOO CPU 中相当多）。我非常怀疑那里的任何 CPU 都会将所有这些东西从你的缓存/TLB 中捞出来，所以要考虑到这些东西以后会影响你的程序的性能（无论好坏），只是不在其功能行为上。

如果您从事优化性能的业务（并且可能太复杂而无法使用），这可能不值得，但如果您从事保护代码的业务，则可能需要考虑 - 有些黑客可能有办法从缓存中嗅探此类数据。