不同的 ISA 二进制分析结果矛盾

Question

我正在分析我用 CPP 编写的针对 RISC 架构的代码。我有两个二进制文件，一个是为 x86 生成的，另一个是为 RISC-V 生成的。我已经使用 perf 和 gprof 完成了分析。根据 RISC 和 CISC 体系结构理论，但我从 perf 结果中得到的是矛盾的。谁能告诉我这里出了什么问题。

性能结果：

'./unit_tests'CISC 的性能计数器统计信息：

    180,899022      task-clock (msec)         #    0,885 CPUs utilized          
             7      context-switches          #    0,039 K/sec                  
             2      cpu-migrations            #    0,011 K/sec                  
         1.350      page-faults               #    0,007 M/sec                  
   588.853.057      cycles                    #    3,255 GHz                    
   863.377.707      instructions              #    1,47  insn per cycle        
   157.440.034      branches                  #  870,320 M/sec                  
       992.067      branch-misses             #    0,63% of all branches        

   0,204509183 seconds time elapsed

'./unit_tests'RISC 的性能计数器统计信息：

    693,264322      task-clock (msec)         #    0,999 CPUs utilized          
            28      context-switches          #    0,040 K/sec                  
             1      cpu-migrations            #    0,001 K/sec                  
         2.400      page-faults               #    0,003 M/sec                  
 2.320.185.432      cycles                    #    3,347 GHz                    
 5.467.630.410      instructions              #    2,36  insn per cycle        
   960.171.812      branches                  # 1385,001 M/sec                  
     7.038.808      branch-misses             #    0,73% of all branches        

   0,693978844 seconds time elapsed

从上面的结果可以看出，RISC 的运行时间比 CISC 多，而且 RISC 的 insn per cylce 也更多。我想知道为什么会这样。如果我遗漏了什么或对结果的解释有误，有人可以告诉我吗？

Answer 1

您正在分析 qemu 解释/模拟 RISC-V，而不是 QEMU 中的 RISC-V“访客”代码。 QEMU 不能那样做；它不是任何东西的 cycle-accurate 模拟器。

这比最初为 x86-64 编译的本机代码更慢并且需要更多的指令。

在 RISC-V 二进制文件上使用 binfmt_misc 透明地运行 qemu-riscv64 使得 ./unit_tests 完全等同于 qemu-riscv64 ./unit_tests

您的测试结果证明了这一点：perf stat qemu-riscv64 ./unit_tests 给您的结果与您的问题大致相同。

有点相关：Modern Microprocessors A 90-Minute Guide! 有一些关于 CPU 管道如何工作的详细信息。 RISC 并不总是比现代 x86 CPUs 更好。他们使用足够多的晶体管来运行 x86-64 编码速度很快。

您实际上会期望来自 RISC CPU 的相同工作的总指令更多，只是不会 那么多指示。比如 1.1 倍或 1.25 倍？

性能取决于微体系结构，而不仅仅是指令集。 IPC 和总时间或周期完全取决于微体系结构在寻找 instruction-level 并行性方面的积极性。现代英特尔设计在这方面是最好的，即使在相当密集的 CISC x86 代码中 memory-source 指令很常见。

不同的 ISA 二进制分析结果矛盾

Different ISA binary profiling results contradiction

x86

qemu

perf

riscv

instruction-set