Фон:
Оптимізуючи деякий код Pascal із вбудованою мовою збірки, я помітив непотрібну MOVінструкцію та видалив її.
На мій подив, видалення непотрібної інструкції призвело до уповільнення моєї програми .
Я виявив, що додавання довільних, марних MOVінструкцій ще більше підвищує продуктивність .
Ефект є нестабільним, і зміни ґрунтуються на порядку виконання: ті ж інструкції щодо небажаного транспорту, перенесені вгору або вниз одним рядком, створюють уповільнення .
Я розумію, що процесор робить всілякі оптимізації та впорядкування, але це здається більше схожим на чорну магію.
Дані:
Версія мого коду умовно компілює три непотрібні операції в середині циклу, який працює в 2**20==1048576рази. (Навколишня програма просто обчислює хеші SHA-256 ).
Результати на моїй досить старій машині (Intel (R) Core (TM) 2 CPU 6400 при 2,13 ГГц):
avg time (ms) with -dJUNKOPS: 1822.84 ms
avg time (ms) without: 1836.44 msПрограми виконувались 25 разів у циклі, при цьому порядок виконання змінювався випадковим чином кожного разу.
Витяг:
{$asmmode intel}
procedure example_junkop_in_sha256;
var s1, t2 : uint32;
begin
// Here are parts of the SHA-256 algorithm, in Pascal:
// s0 {r10d} := ror(a, 2) xor ror(a, 13) xor ror(a, 22)
// s1 {r11d} := ror(e, 6) xor ror(e, 11) xor ror(e, 25)
// Here is how I translated them (side by side to show symmetry):
asm
MOV r8d, a ; MOV r9d, e
ROR r8d, 2 ; ROR r9d, 6
MOV r10d, r8d ; MOV r11d, r9d
ROR r8d, 11 {13 total} ; ROR r9d, 5 {11 total}
XOR r10d, r8d ; XOR r11d, r9d
ROR r8d, 9 {22 total} ; ROR r9d, 14 {25 total}
XOR r10d, r8d ; XOR r11d, r9d
// Here is the extraneous operation that I removed, causing a speedup
// s1 is the uint32 variable declared at the start of the Pascal code.
//
// I had cleaned up the code, so I no longer needed this variable, and
// could just leave the value sitting in the r11d register until I needed
// it again later.
//
// Since copying to RAM seemed like a waste, I removed the instruction,
// only to discover that the code ran slower without it.
{$IFDEF JUNKOPS}
MOV s1, r11d
{$ENDIF}
// The next part of the code just moves on to another part of SHA-256,
// maj { r12d } := (a and b) xor (a and c) xor (b and c)
mov r8d, a
mov r9d, b
mov r13d, r9d // Set aside a copy of b
and r9d, r8d
mov r12d, c
and r8d, r12d { a and c }
xor r9d, r8d
and r12d, r13d { c and b }
xor r12d, r9d
// Copying the calculated value to the same s1 variable is another speedup.
// As far as I can tell, it doesn't actually matter what register is copied,
// but moving this line up or down makes a huge difference.
{$IFDEF JUNKOPS}
MOV s1, r9d // after mov r12d, c
{$ENDIF}
// And here is where the two calculated values above are actually used:
// T2 {r12d} := S0 {r10d} + Maj {r12d};
ADD r12d, r10d
MOV T2, r12d
end
end;Спробуйте самі:
Код в Інтернеті на GitHub, якщо ви хочете спробувати його самостійно.
Мої запитання:
- Чому б марно копіювати вміст реєстру в оперативну пам’ять коли-небудь підвищувати продуктивність?
- Чому та сама непотрібна інструкція забезпечить прискорення руху на одних лініях, а сповільнення - на інших?
- Чи є така поведінка чимось, що може передбачувано використовувати компілятор?