Question

多年来，x86 CPU支持rdtsc指令，该指令读取当前CPU的“时间戳计数器”。该计数器的确切定义已随时间变化，但是在最近的CPU上，它是相对于壁钟时间以固定频率递增的计数器，因此，它对于构建快速，准确的时钟或测量时间非常有用。只需一小段代码即可。

关于rdtsc指令的一个重要事实并未与周围的代码以任何特殊方式进行排序。像大多数指令一样，它可以相对于与之没有依赖关系的其他指令自由地重新排序。这实际上是“正常”的操作，对于大多数指令来说，这只是使CPU速度提高的一种几乎看不见的方式（这只是一种漫长的说法out-of-order execution）。

对于rdtsc来说很重要，因为这意味着您可能没有在计时您希望计时的代码。例如，给定以下序列¹：

rdtsc
mov ecx, eax
mov rdi, [rdi]
mov rdi, [rdi]
rdtsc

您可能期望rdtsc测量两个指针追逐负载mov rdi, [rdi]的延迟。但是，实际上，即使这两个负载都花了一个查找时间（如果它们在高速缓存中未命中，则需要100个周期的周期），您将获得rdtsc对的相当小的读数。问题在于，第二个rdtsc不会等待加载完成，只会无序执行，因此您不会按自己认为的时间间隔计时。也许这两个rdtsc指令实际上甚至在第一次加载开始之前就执行了，这取决于在此示例之前的代码中rdi的计算方式。

到目前为止，这听起来更像是对没有人问过的问题的答案，而不是真正的问题，但是我到了。

您有两个rdtsc的基本用例：

作为一个快速时间戳，您通常可以不在乎它如何与周围的代码一起重新排序，因为无论如何您可能都没有应该在哪里获取时间戳的指令级概念。
作为精确的计时机制，例如在微基准测试中。在这种情况下，通常可以使用rdtsc指令保护lfence避免重新排序。对于上面的示例，您可以执行以下操作：
```
lfence
rdtsc
lfence
mov ecx, eax
...
lfence
rdtsc
```
要确保定时指令（...）不会在定时区域之外转义，并且还要确保不会从时区内部引入指令（可能不是问题，但它们可能与您要测量的代码竞争资源。

几年后，英特尔看不起我们这些可怜的程序员，并提出了一条新指令：rdtscp。像rdtsc一样，它返回时间戳计数器的读数，而这个家伙还做更多的事情：它通过时间戳读取原子地读取特定于内核的MSR值。在大多数操作系统上，它包含一个核心ID值。我认为这个想法是，在每个内核可能具有不同TSC偏移量的CPU上，可以使用此值来适当地将返回值调整为实时。

太好了。

rdtscp引入的另一件事是无序执行方面的半围栏：

从manual：

RDTSCP指令不是序列化指令，但它确实等到所有先前的指令已执行并且所有先前的加载是全局可见的。1但它不等待先前的存储全局可见，随后的说明可能会开始在执行读取操作之前执行。

因此，这就好比将lfence放在rdtscp之前，而不是之后。这种半防护行为的意义何在？如果您想要通用的时间戳并且不关心指令的顺序，那么您想要的就是不受约束的行为。如果要将其用于计时短代码段，则半栅栏行为仅对第二（最终）读数有用，而对初始读数则无用，因为栅栏位于“错误”的一面（实际上，您希望两侧都有栅栏，但最里面的栅栏可能是最重要的。

这种半围墙有什么作用？

¹在这种情况下，我忽略了计数器的高32位。

rdtscp的“半栅栏”行为是怎么回事？

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