我试图了解分支预测器条目何时失效。
以下是我做过的实验：
代码1：
start_measure_branch_mispred()
while(X times):
if(something something):
do_useless()
endif
endwhile
end_measurement()
store_difference()
因此，我多次运行此代码。我可以看到，在第一次运行之后，误预测率降低了。分支预测器学习如何正确预测。但是，如果我一次又一次地运行这个实验（即通过写入./experiment终端），所有的第一次迭代都是从高误预测率开始的。因此，在每次执行时，这些分支预测单元都会conditional branches失效。我正在使用nokaslr并且我已禁用ASLR. 我也在一个独立的核心上运行这个实验。我已经运行了几次这个实验以确保这是行为（即不是因为噪音）。
我的问题是：程序停止执行后 CPU 是否会使分支预测单元失效？或者这是什么原因？
我做的第二个实验是：
代码 2：
do:
start_measure_branch_mispred()
while(X times):
if(something something):
do_useless()
endif
endwhile
end_measurement()
store_difference()
while(cpu core == 1)
在这个实验中，我从两个不同的终端运行不同的进程。第一个固定在core 1这样它就可以在核心 1 上运行，它会做这个实验，直到我停止它（通过杀死它）。然后，我从另一个终端运行第二个进程，并将该进程固定到不同的核心。由于这个进程在不同的内核中，它只会执行 do-while 循环 1 次。如果第二个进程被固定到第一个进程的兄弟核心（相同的物理核心），我看到在第一次迭代中，第二个进程几乎正确猜测。如果我将第二个进程固定在另一个不是第一个进程同级的内核上，那么第二个进程的第一次迭代会产生更高的错误预测。这是预期的结果，因为同一物理内核上的虚拟内核共享相同的分支预测单元（这是我的假设）。所以，
据我了解，由于 CPU 没有完成第一个进程（执行繁忙循环的核心 1 进程），分支预测条目仍然存在，第二个进程可以从中受益。但是，在第一个中，从一个运行到另一个运行，我得到了更高的错误预测。
编辑：正如其他用户要求的代码，这里是。您需要从此处下载性能事件标头代码
编译：$(CXX) -std=c++11 -O0 main.cpp -lpthread -o experiment
编码：
#include "linux-perf-events.h"
#include <algorithm>
#include <climits>
#include <cstdint>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <vector>
// some array
int arr8[8] = {1,1,0,0,0,1,0,1};
int pin_thread_to_core(int core_id){
int retval;
int num_cores = sysconf(_SC_NPROCESSORS_ONLN);
if (core_id < 0 || core_id >= num_cores)
retval = EINVAL;
cpu_set_t cpuset;
CPU_ZERO(&cpuset);
CPU_SET(core_id, &cpuset);
retval = pthread_setaffinity_np(pthread_self(), sizeof(cpu_set_t), &cpuset);
return retval;
}
void measurement(int cpuid, uint64_t howmany, int* branch_misses){
int retval = pin_thread_to_core(cpuid);
if(retval){
printf("Affinity error: %s\n", strerror(errno));
return;
}
std::vector<int> evts;
evts.push_back(PERF_COUNT_HW_BRANCH_MISSES); // You might have a different performance event!
LinuxEvents<PERF_TYPE_HARDWARE> unified(evts, cpuid); // You need to change the constructor in the performance counter so that it will count the events in the given cpuid
uint64_t *buffer = new uint64_t[howmany + 1];
uint64_t *buffer_org; // for restoring
buffer_org = buffer;
uint64_t howmany_org = howmany; // for restoring
std::vector<unsigned long long> results;
results.resize(evts.size());
do{
for(size_t trial = 0; trial < 10; trial++) {
unified.start();
// the while loop will be executed innerloop times
int res;
while(howmany){
res = arr8[howmany & 0x7]; // do the sequence howmany/8 times
if(res){
*buffer++ = res;
}
howmany--;
}
unified.end(results);
// store misses
branch_misses[trial] = results[0];
// restore for next iteration
buffer = buffer_org;
howmany = howmany_org;
}
}while(cpuid == 5); // the core that does busy loop
// get rid of optimization
howmany = (howmany + 1) * buffer[3];
branch_misses[10] = howmany; // last entry is reserved for this dummy operation
delete[] buffer;
}
void usage(){
printf("Run with ./experiment X \t where X is the core number\n");
}
int main(int argc, char *argv[]) {
// as I have 11th core isolated, set affinity to that
if(argc == 1){
usage();
return 1;
}
int exp = 16; // howmany
int results[11];
int cpuid = atoi(argv[1]);
measurement(cpuid, exp, results);
printf("%d measurements\n", exp);
printf("Trial\t\t\tBranchMiss\n");
for (size_t trial = 0; trial < 10; trial++)
{
printf("%zu\t\t\t%d\n", trial, results[trial]);
}
return 0;
}
如果您想尝试第一个代码，只需运行./experiment 1两次。它将与第一个代码具有相同的执行。
如果您想尝试第二个代码，请打开两个终端，./experiment X在第一个中运行，然后./experiment Y在第二个中运行，其中 X 和 Y 是 cpuid 的。
请注意，您可能没有相同的性能事件计数器。另外，请注意您可能需要更改busyloop 中的cpuid。
