使用带有序列化指令的内联汇编
Using inline assembly with serialization instructions
我们认为我们在 X86_64 架构上使用 GCC（或 GCC 兼容）编译器，并且 eax、ebx、 ecx、edx和level是指令输入输出的变量（unsigned int或unsigned int*）（如here）。
asm("CPUID":::);
asm volatile("CPUID":::);
asm volatile("CPUID":::"memory");
asm volatile("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx)::"memory");
asm volatile("CPUID":"=a"(eax):"0"(level):"memory");
asm volatile("CPUID"::"a"(level):"memory"); // Not sure of this syntax
asm volatile("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx):"0"(level):"memory");
asm("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx):"0"(level):"memory");
asm volatile("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx):"0"(level));
- 我不习惯内联汇编语法，我想知道在我只想将
CPUID 用作 serializing instruction 的上下文中，所有这些调用之间有什么区别（例如，指令的输出不会做任何事情）。
- 其中一些调用会导致错误吗？
- 这些调用中的哪一个最适合（考虑到我希望开销尽可能少，但同时 "strongest" 序列化可能）？
首先，lfence 可能与 cpuid 一样强烈序列化，也可能不是。如果您关心性能，请检查并查看是否可以找到 lfence 足够强大的证据（至少对于您的用例而言）。如果 mfence 和 lfence 都不足以在 AMD 和 Intel 上序列化，甚至 也可能比 cpuid 更好。 （我不确定，请参阅我的链接评论）。
2. 是的，所有不告诉编译器 asm 语句写入 E[A-D]X 的都是危险的，可能会导致难以调试的怪异现象。 （即你需要使用（虚拟的）输出操作数或 clobbers）。
您需要 volatile，因为您希望针对序列化的副作用执行 asm 代码，而不是生成输出。
如果您不想将 CPUID 结果用于任何事情（例如，通过序列化 和 查询某些内容来执行双重任务），您应该简单地列出注册为破坏者，而不是输出，因此您不需要任何 C 变量来保存结果。
// volatile is already implied because there are no output operands
// but it doesn't hurt to be explicit.
// Serialize and block compile-time reordering of loads/stores across this
asm volatile("CPUID"::: "eax","ebx","ecx","edx", "memory");
// the "eax" clobber covers RAX in x86-64 code, you don't need an #ifdef __i386__
I am wondering what would be the difference between all these calls
首先，其中 none 个是 "calls"。它们是 asm statements，并内联到您使用它们的函数中。 CPUID 本身也不是 "call"，尽管我想您可以将其视为调用 CPU 内置的微代码函数。但是按照这个逻辑，每条指令都是 "call"，例如mul rcx 在 RAX 和 RCX 中接受输入，returns 在 RDX:RAX 中接受输入。
前三个（以及后一个没有输出，只有 level 输入）在不通知编译器的情况下通过 RDX 破坏 RAX。它将假设这些寄存器仍然保存着它保存在其中的任何内容。它们显然无法使用。
如果您不使用任何输出，asm("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx):"0"(level):"memory");（没有volatile的那个）将优化掉。如果你确实使用了它们，它仍然可以被提升到循环之外。优化器将非 volatile asm 语句视为没有副作用的纯函数。 https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html#index-asm-volatile
它有一个内存破坏，但（我认为）这并不能阻止它优化，它只是意味着如果/何时/在哪里运行，它可能读/写的任何变量都会同步到内存，因此内存内容与 C 抽象机此时的内容相匹配。不过，这可能不包括没有地址的当地人。
asm("" ::: "memory") 与 std::atomic_thread_fence(std::memory_order_seq_cst) 非常相似，但请注意 asm 语句没有输出，因此隐式为 volatile。 这就是 它没有被优化掉的原因，而不是因为 "memory" 破坏本身。 带有内存破坏的 (volatile) asm 语句是一个编译器障碍，无法通过它重新排序加载或存储。
优化器根本不关心第一个字符串文字中的内容，只关心约束/破坏，因此 asm volatile("anything" ::: register clobbers, "memory") 也是一个仅在编译时使用的内存屏障。我假设这就是你想要的，序列化一些内存操作。
"0"(level) 是第一个操作数（"=a"）的匹配约束。您同样可以编写 "a"(level)，因为在这种情况下，编译器无法选择 select 的哪个寄存器；输出约束只能满足 eax。您也可以使用 "+a"(eax) 作为输出操作数，但是您必须在 asm 语句之前设置 eax=level。匹配约束而不是读写操作数有时对于 x87 堆栈内容是必需的；我认为在 SO 问题中出现过一次。但是除了像那样奇怪的东西之外，优点是能够为输入和输出使用不同的 C 变量，或者根本不为输入使用一个变量。 （例如文字常量或左值（表达式））。
无论如何，告诉编译器提供输入可能会导致额外的指令，例如level=0 将导致 eax 的 xor 归零。如果它之前不需要任何清零寄存器，这将是一条指令的浪费。通常，对输入进行异或归零会破坏对先前值的依赖，但是 CPUID 的全部意义在于它是 序列化 ，因此它必须等待所有先前的值无论如何都要完成执行的指令。确保 eax 尽早准备好是没有意义的； 如果您不关心输出，甚至不要告诉编译器您的 asm 语句接受输入。编译器很难或不可能在没有开销的情况下使用未定义/未初始化的值；有时让 C 变量未初始化会导致从堆栈加载垃圾，或将寄存器清零，而不是只使用寄存器而不先写入它。
我们认为我们在 X86_64 架构上使用 GCC（或 GCC 兼容）编译器，并且 eax、ebx、 ecx、edx和level是指令输入输出的变量（unsigned int或unsigned int*）（如here）。
asm("CPUID":::);
asm volatile("CPUID":::);
asm volatile("CPUID":::"memory");
asm volatile("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx)::"memory");
asm volatile("CPUID":"=a"(eax):"0"(level):"memory");
asm volatile("CPUID"::"a"(level):"memory"); // Not sure of this syntax
asm volatile("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx):"0"(level):"memory");
asm("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx):"0"(level):"memory");
asm volatile("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx):"0"(level));
- 我不习惯内联汇编语法，我想知道在我只想将
CPUID用作 serializing instruction 的上下文中，所有这些调用之间有什么区别（例如，指令的输出不会做任何事情）。 - 其中一些调用会导致错误吗？
- 这些调用中的哪一个最适合（考虑到我希望开销尽可能少，但同时 "strongest" 序列化可能）？
首先，lfence 可能与 cpuid 一样强烈序列化，也可能不是。如果您关心性能，请检查并查看是否可以找到 lfence 足够强大的证据（至少对于您的用例而言）。如果 mfence 和 lfence 都不足以在 AMD 和 Intel 上序列化，甚至 cpuid 更好。 （我不确定，请参阅我的链接评论）。
2. 是的，所有不告诉编译器 asm 语句写入 E[A-D]X 的都是危险的，可能会导致难以调试的怪异现象。 （即你需要使用（虚拟的）输出操作数或 clobbers）。
您需要 volatile，因为您希望针对序列化的副作用执行 asm 代码，而不是生成输出。
如果您不想将 CPUID 结果用于任何事情（例如，通过序列化 和 查询某些内容来执行双重任务），您应该简单地列出注册为破坏者，而不是输出，因此您不需要任何 C 变量来保存结果。
// volatile is already implied because there are no output operands
// but it doesn't hurt to be explicit.
// Serialize and block compile-time reordering of loads/stores across this
asm volatile("CPUID"::: "eax","ebx","ecx","edx", "memory");
// the "eax" clobber covers RAX in x86-64 code, you don't need an #ifdef __i386__
I am wondering what would be the difference between all these calls
首先，其中 none 个是 "calls"。它们是 asm statements，并内联到您使用它们的函数中。 CPUID 本身也不是 "call"，尽管我想您可以将其视为调用 CPU 内置的微代码函数。但是按照这个逻辑，每条指令都是 "call"，例如mul rcx 在 RAX 和 RCX 中接受输入，returns 在 RDX:RAX 中接受输入。
前三个（以及后一个没有输出，只有 level 输入）在不通知编译器的情况下通过 RDX 破坏 RAX。它将假设这些寄存器仍然保存着它保存在其中的任何内容。它们显然无法使用。
如果您不使用任何输出，
asm("CPUID":"=a"(eax),"=b"(ebx),"=c"(ecx),"=d"(edx):"0"(level):"memory");（没有volatile的那个）将优化掉。如果你确实使用了它们，它仍然可以被提升到循环之外。优化器将非 volatile asm 语句视为没有副作用的纯函数。 https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc/Extended-Asm.html#index-asm-volatile
它有一个内存破坏，但（我认为）这并不能阻止它优化，它只是意味着如果/何时/在哪里运行，它可能读/写的任何变量都会同步到内存，因此内存内容与 C 抽象机此时的内容相匹配。不过，这可能不包括没有地址的当地人。
asm("" ::: "memory") 与 std::atomic_thread_fence(std::memory_order_seq_cst) 非常相似，但请注意 asm 语句没有输出，因此隐式为 volatile。 这就是 它没有被优化掉的原因，而不是因为 "memory" 破坏本身。 带有内存破坏的 (volatile) asm 语句是一个编译器障碍，无法通过它重新排序加载或存储。
优化器根本不关心第一个字符串文字中的内容，只关心约束/破坏，因此 asm volatile("anything" ::: register clobbers, "memory") 也是一个仅在编译时使用的内存屏障。我假设这就是你想要的，序列化一些内存操作。
"0"(level) 是第一个操作数（"=a"）的匹配约束。您同样可以编写 "a"(level)，因为在这种情况下，编译器无法选择 select 的哪个寄存器；输出约束只能满足 eax。您也可以使用 "+a"(eax) 作为输出操作数，但是您必须在 asm 语句之前设置 eax=level。匹配约束而不是读写操作数有时对于 x87 堆栈内容是必需的；我认为在 SO 问题中出现过一次。但是除了像那样奇怪的东西之外，优点是能够为输入和输出使用不同的 C 变量，或者根本不为输入使用一个变量。 （例如文字常量或左值（表达式））。
无论如何，告诉编译器提供输入可能会导致额外的指令，例如level=0 将导致 eax 的 xor 归零。如果它之前不需要任何清零寄存器，这将是一条指令的浪费。通常，对输入进行异或归零会破坏对先前值的依赖，但是 CPUID 的全部意义在于它是 序列化 ，因此它必须等待所有先前的值无论如何都要完成执行的指令。确保 eax 尽早准备好是没有意义的； 如果您不关心输出，甚至不要告诉编译器您的 asm 语句接受输入。编译器很难或不可能在没有开销的情况下使用未定义/未初始化的值；有时让 C 变量未初始化会导致从堆栈加载垃圾，或将寄存器清零，而不是只使用寄存器而不先写入它。