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一步步编写操作系统 28 cpu乱序执行

發布時間:2023/12/10 windows 33 豆豆
生活随笔 收集整理的這篇文章主要介紹了 一步步编写操作系统 28 cpu乱序执行 小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

亂序執行(亂序執行譯作異步執行更貼切),是指在cpu中運行的指令并不按照代碼中的順序執行,而是按照一定的策略打亂順序執行,也許后面的指令先執行,當然,得保證指令之間不具備相關性。

舉個簡單的例子,比如如下兩行代碼就無法亂序執行。

mov eax, [0x1234] add eax, ebx

第2行的add加法,需要知道eax的值,但eax的值需要在第1行中的mov操作后才能確定,而且內存訪問相對來說非常慢,第2步不得不等待第1步完成后才能進行。所以只能是先執行第1步,再執行第2步。

如果將上面第2步的代碼修改一下,如下:

mov eax, [0x1234] add ecx,ebx。

這樣就可以在執行第1步內存訪問后的等待中執行第2步啦。由于第2步不依賴第1步,所以有利于放在流水線上。

x86最初用的指令集是CISC,Complex Instruction Set Computer,意為復雜指令集計算機,為什么復雜呢?當初的cpu工程師們為了讓cpu更加強大,不斷地往cpu中添加各種指令,甚至在cpu硬件一級直接支持軟件中的某些操作,以至于指令集越來越龐大笨重復雜。如push指令,它相當于多個子操作的合成,拿保護模式中的棧來說,push eax相當于:

  • push指令先將棧指針esp減去操作數的字長,如sub esp,4。
  • 再將操作數mov到新的esp指向的地址,如mov [esp],eax。

這兩個子操作合成了一個指令,其中每一個子操作稱為微操作。

與CISC指令集相對應的是RISC,Reduced Instruction Set Computer。意為精簡指令集計算機。根據二八定律,最常用的指令只有20%,但它們占了整個程序指令數的80%。而不常用的指令占80%,但它們只占整個程序指令數的20%。這就是RISC指令集的由來,它精簡保留了那些常用的指令,這些指令大多數都是不可再細分的,也就是,它們基本上都是屬于微操作級別的指令啦。所以,x86發展到后來,雖然還是CISC指令集,但其內部已經采用RISC內核,譯碼對于x86體系來說,除了按照指令格式分析機器碼外,還要將CISC指令分解成多個RISC指令。當一個“大”操作被分解成多個“微”操作時,它們之間通常是獨立無關聯,所以非常適合亂序執行。

還是拿棧舉例。如下三行代碼:

mov eax , [0x1234] push eax call function

第1步需要內存訪問,由于內存較慢,所以尋址等待過程中可以做其它事。

第2步的push指令拆分成 sub esp ,4和mov [esp], eax。

第3步的call函數調用,需要在棧中壓入返回地址,所以說call指令需要用棧指針。

由于第2步中的微操作sub esp,4,可以讓cpu知道esp的最新值,不用等到mov [esp], eax完成,第3步call指令向棧中壓入返回地址的操作就可以執行了。故第2步未執行完就開始第3步的執行了,也許第3步先于第2步才完成。

總結下,亂序執行的好處就是后面的操作可以放到前面來做,利于裝載到流水線上提高效率.

總結

以上是生活随笔為你收集整理的一步步编写操作系统 28 cpu乱序执行的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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