linux 中likely与unlikely用法

Linux内核中的likely和unlikely优化 分支预测能够根据历史执行信息猜测分支的结果,并在程序执行时提前加载分支目标的指令,从而减少因分支导致的流水线停顿。然而,分支预测并不总是准确的,如果分支预测错误,将导致流水线的清空和重新加载,影响程序的执行效率。likely和unlikely关键字的作用就是向编译器提供条件分支的可能性信息,以便编译器在生成机器码时做出更准确的分支预测。likely关键字用于标记条件分支成立的可能性较高的情况,而unlikely关键字则用于标记条件分支不成立的可能性较高的情况。 阅读详情
前言

  内核版本:linux 4.13
  在linux内核中,经常可以看见if( likely(x))或if( unlikely(x))语句,那么likely和unlikely是什么意思呢?本文将对likely和unlikely进行一些讨论。

likely和unlikely

参考/include/linux/compiler.h */

# define likely(x)  __builtin_expect(!!(x), 1)
# define unlikely(x)    __builtin_expect(!!(x), 0)

      上述源码中采用了内建函数__builtin_expect来进行定义,即 built in function。
      __builtin_expect的函数原型为long __builtin_expect (long exp, long c),返回值为完整表达式exp的值,它的作用是期望表达式exp的值等于c(如果exp == c条件成立的机会占绝大多数,那么性能将会得到提升,否则性能反而会下降)。注意, __builtin_expect (lexp, c)的返回值仍是exp值本身,并不会改变exp的值。
      __builtin_expect函数用来引导gcc进行条件分支预测。在一条指令执行时,由于流水线的作用,CPU可以同时完成下一条指令的取指,这样可以提高CPU的利用率。在执行条件分支指令时,CPU也会预取下一条执行,但是如果条件分支的结果为跳转到了其他指令,那CPU预取的下一条指令就没用了,这样就降低了流水线的效率。
      另外,跳转指令相对于顺序执行的指令会多消耗CPU时间,如果可以尽可能不执行跳转,也可以提高CPU性能。
      简单从表面上看if(likely(value)) == if(value),if(unlikely(value)) == if(value)。
    也就是likely和unlikely是一样的,但是实际上执行是不同的,加likely的意思是value的值为真的可能性更大一些,那么执行if的机会大,而unlikely表示value的值为假的可能性大一些,执行else机会大一些。
      加上这种修饰,编译成二进制代码时likely使得if后面的执行语句紧跟着前面的程序,unlikely使得else后面的语句紧跟着前面的程序,这样就会被cache预读取,增加程序的执行速度。
      那么上述定义中为什么要使用!!符号呢?
      计算机中bool逻辑只有0和1,非0即是1,当likely(x)中参数不是逻辑值时,就可以使用!!符号转化为逻辑值1或0 。比如:!!(3)=!(!(3))=!0=1,这样就把参数3转化为逻辑1了。
      那么简单理解就是:
      likely(x)代表x是逻辑真(1)的可能性比较大;
      unlikely(x)代表x是逻辑假(0)的可能性比较大。

    总结:
      当程序员清楚EXP表达式 多数情况成立(不成立)时,就可使用likely(unlikely),使if分支(else分支)紧跟跳转指令其后,从而在大多数情况下不用执行跳转指令,避开跳转指令所带来的开销,从而达到优化的目的。





    C语言进阶——likely和unlikely:https://blog.youkuaiyun.com/weixin_44873133/article/details/107302688

    几个常用的宏:likely和unlikely __raw_writel 在源码中,宏likely和unlikely 是这么定义的(位于include/linux/compiler.h):#define likely(x) __builtin_expect(!!(x), 1)#define unlikely(x) __builtin_expect(!! 阅读详情

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B. Palm", title = "Prediction as a candidate for learning deep hierarchical models of data", year = "2012",}```Contact: rasmusbergpalm at gmail dot comDirectories included in the toolbox-----------------------------------`NN/` - A library for Feedforward Backpropagation Neural Networks`CNN/` - A library for Convolutional Neural Networks`DBN/` - A library for Deep Belief Networks`SAE/` - A library for Stacked Auto-Encoders`CAE/` - A library for Convolutional Auto-Encoders`util/` - Utility functions used by the libraries`data/` - Data used by the examples`tests/` - unit tests to verify toolbox is workingFor references on each library check REFS.mdSetup-----1. Download.2. addpath(genpath('DeepLearnToolbox'));Example: Deep Belief Network---------------------```matlabfunction test_example_DBNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit RBM and visualize its weightsrand('state',0)dbn.sizes = [100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);figure; visualize(dbn.rbm{1}.W'); % Visualize the RBM weights%% ex2 train a 100-100 hidden unit DBN and use its weights to initialize a NNrand('state',0)%train dbndbn.sizes = [100 100];opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;opts.momentum = 0;opts.alpha = 1;dbn = dbnsetup(dbn, train_x, opts);dbn = dbntrain(dbn, train_x, opts);%unfold dbn to nnnn = dbnunfoldtonn(dbn, 10);nn.activation_function = 'sigm';%train nnopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.10, 'Too big error');```Example: Stacked Auto-Encoders---------------------```matlabfunction test_example_SAEload mnist_uint8;train_x = double(train_x)/255;test_x = double(test_x)/255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);%% ex1 train a 100 hidden unit SDAE and use it to initialize a FFNN% Setup and train a stacked denoising autoencoder (SDAE)rand('state',0)sae = saesetup([784 100]);sae.ae{1}.activation_function = 'sigm';sae.ae{1}.learningRate = 1;sae.ae{1}.inputZeroMaskedFraction = 0.5;opts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;sae = saetrain(sae, train_x, opts);visualize(sae.ae{1}.W{1}(:,2:end)')% Use the SDAE to initialize a FFNNnn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm';nn.learningRate = 1;nn.W{1} = sae.ae{1}.W{1};% Train the FFNNopts.numepochs = 1;opts.batchsize = 100;nn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.16, 'Too big error');```Example: Convolutional Neural Nets---------------------```matlabfunction test_example_CNNload mnist_uint8;train_x = double(reshape(train_x',28,28,60000))/255;test_x = double(reshape(test_x',28,28,10000))/255;train_y = double(train_y');test_y = double(test_y');%% ex1 Train a 6c-2s-12c-2s Convolutional neural network %will run 1 epoch in about 200 second and get around 11% error. %With 100 epochs you'll get around 1.2% errorrand('state',0)cnn.layers = { struct('type', 'i') %input layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 6, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %sub sampling layer struct('type', 'c', 'outputmaps', 12, 'kernelsize', 5) %convolution layer struct('type', 's', 'scale', 2) %subsampling layer};cnn = cnnsetup(cnn, train_x, train_y);opts.alpha = 1;opts.batchsize = 50;opts.numepochs = 1;cnn = cnntrain(cnn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = cnntest(cnn, test_x, test_y);%plot mean squared errorfigure; plot(cnn.rL);assert(er<0.12, 'Too big error');```Example: Neural Networks---------------------```matlabfunction test_example_NNload mnist_uint8;train_x = double(train_x) / 255;test_x = double(test_x) / 255;train_y = double(train_y);test_y = double(test_y);% normalize[train_x, mu, sigma] = zscore(train_x);test_x = normalize(test_x, mu, sigma);%% ex1 vanilla neural netrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samples[nn, L] = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.08, 'Too big error');%% ex2 neural net with L2 weight decayrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.weightPenaltyL2 = 1e-4; % L2 weight decayopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex3 neural net with dropoutrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.dropoutFraction = 0.5; % Dropout fraction opts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex4 neural net with sigmoid activation functionrand('state',0)nn = nnsetup([784 100 10]);nn.activation_function = 'sigm'; % Sigmoid activation functionnn.learningRate = 1; % Sigm require a lower learning rateopts.numepochs = 1; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 100; % Take a mean gradient step over this many samplesnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex5 plotting functionalityrand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]);opts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through datann.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, train_x, train_y, opts);[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');%% ex6 neural net with sigmoid activation and plotting of validation and training error% split training data into training and validation datavx = train_x(1:10000,:);tx = train_x(10001:end,:);vy = train_y(1:10000,:);ty = train_y(10001:end,:);rand('state',0)nn = nnsetup([784 20 10]); nn.output = 'softmax'; % use softmax outputopts.numepochs = 5; % Number of full sweeps through dataopts.batchsize = 1000; % Take a mean gradient step over this many samplesopts.plot = 1; % enable plottingnn = nntrain(nn, tx, ty, opts, vx, vy); % nntrain takes validation set as last two arguments (optionally)[er, bad] = nntest(nn, test_x, test_y);assert(er < 0.1, 'Too big error');```[![Bitdeli Badge](https://d2weczhvl823v0.cloudfront.net/rasmusbergpalm/deeplearntoolbox/trend.png)](https://bitdeli.com/free "Bitdeli Badge")

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