在64位C++代码中如何使用暂停汇编指令？

Question

由于VC++ 2010在64位代码中不支持内联汇编，那么我该如何将 pause x86-64指令添加到我的代码中？似乎没有像其他常见的汇编指令（例如__rdtsc()、__cpuid()等）那样的内置函数。

为什么要使用这个指令呢？我想将其用于繁忙等待的情况下，这样（超线程的）CPU就可以为运行在该CPU上的其他线程提供服务（请参阅：intel.com上的性能见解）。pause指令对于这种用例以及自旋锁实现非常有帮助，我无法理解微软为什么没有将其作为内置函数。

谢谢

- Michael Goldshteyn

Answer 1

哇，这个问题很难追踪，但如果有其他人需要x86-64 pause 指令，可以参考以下内容：

windows.h 中的 YieldProcessor() 宏会展开为未记录的 _mm_pause 内置函数，该函数最终会在32位和64位代码中展开为 pause 指令。

顺便提一句，这完全没有记录，部分记录（对于 VC++ 2010 文档不正确）可在 MSDN 的 YieldProcessor() 中找到。

以下是一段使用 YieldProcessor() 宏编译的示例代码：

    19:     ::YieldProcessor();
000000013FDB18A0 F3 90                pause  
    20:     ::YieldProcessor();
000000013FDB18A2 F3 90                pause  
    21:     ::YieldProcessor();
000000013FDB18A4 F3 90                pause  
    22:     ::YieldProcessor();
000000013FDB18A6 F3 90                pause  
    23:     ::YieldProcessor();
000000013FDB18A8 F3 90                pause  

顺便提一下，在 Nehalem 架构上，每个暂停指令平均会导致约 9 个时钟周期的延迟（即在 3.3 GHz 的 CPU 上为 3 ns）。

- Michael Goldshteyn

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不幸的是，微软“忘记”记录了相当多的函数，这非常令人恼火（特别是当__yield被记录时）。有时候，最好只是查找intrin.h中与您所需名称类似的名称（这就是我发现_mm_pause的方式），尽管您的宏似乎更适合可移植性，+1。 - Necrolis

yield 可能已经被记录，但它只在 IA64 上工作（也就是说，人们实际使用的任何架构都不支持 :)）。当我发现它时，我其实很高兴，但后来发现它在 x86/x86-64 构建中被 #ifdefed 掉了。 - Michael Goldshteyn

Answer 2

_mm_pause()内置函数已经被英特尔充分文档化，并且在跨操作系统的所有主要x86编译器中得到支持。我不知道微软过去的文档是否有所欠缺，或者你只是错过了7年前的内容。

#include <immintrin.h>并使用它。（或对于古老的编译器，使用#include <emmintrin.h>进行SSE2）。

#include <immintrin.h>

void test() {
    _mm_pause();
    _mm_pause();
}

在gcc/clang/ICC/MSVC上编译后，会生成以下汇编代码（在Godbolt编译器探索器上）：

test():                               # @test()
    pause
    pause
    ret

在没有SSE2的CPU上，它被解码为rep nop，只是一个nop。跨平台实现x86暂停指令 Gcc甚至知道这一点，在使用-mno-sse编译时仍然接受_mm_pause()。（通常，与MSVC不同，gcc和clang会拒绝未启用的指令的内部函数。）有趣的是，gcc甚至在其汇编输出中发出rep nop，而其他三个则发出pause。它们当然组装成相同的机器代码。

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在Sandybridge系列到Skylake之前，暂停会使超线程的前端空闲约5个周期。 在Skylake上，Intel将其增加到大约100个周期，以在自旋等待循环中节省更多电力并增加总吞吐量，可能以延迟为代价，特别是在超线程核心上。

在所有CPU上，当退出自旋循环时，它还可以避免内存序错误推测。 因此，它确实在最终再次重要时减少了延迟。

另请参见x86中“PAUSE”指令的目的是什么？。

- Peter Cordes