内核中的 likely() 与 unlikely()

原文： http://blog.youkuaiyun.com/rstevens/article/details/1798561

内核中的 likely() 与 unlikely()

在 2.6 内核中，随处可以见到 likely() 和 unlikely() 的身影，那么为什么要用它们？它们之间有什么区别？

首先要明确：

            if(likely(value)) 等价于 if(value)

            if(unlikely(value)) 也等价于 if(value)

也就是说 likely() 和 unlikely() 从阅读和理解代码的角度来看，是一样的！！！

这两个宏在内核中定义如下：

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

__builtin_expect() 是 GCC (version >= 2.96）提供给程序员使用的，目的是将“分支转移”的信息提供给编译器，这样编译器可以对代码进行优化， 以减少指令跳转带来的性能下降。

__builtin_expect((x),1) 表示 x 的值为真的可能性更大；
__builtin_expect((x),0) 表示 x 的值为假的可能性更大。

也就是说，使用 likely() ，执行 if 后面的语句 的机会更大，使用unlikely()，执行else 后面的语句的机会更大。
例如下面这段代码，作者就认为 prev 不等于 next 的可能性更大，

if  (likely(prev  !=  next)) {
       next -> timestamp  =  now;
        ...
}  else  {
        ...;
 }

通过这种方式，编译器在编译过程中，会将可能性更大的代码紧跟着起面的代码，从而减少指令跳转带来的性能上的下降。


下面以两个例子来加深这种理解：

第一个例子： example1.c

int  testfun( int  x)
{
         if (__builtin_expect(x,  0 )) {
                               ^^^---  We instruct the compiler,  " else "  block  is  more probable
                x  =   5 ;
                x  =  x  *  x;
        }  else  {
                x  =   6 ;
        }
         return  x;
}

在这个例子中，我们认为 x 为0的可能性更大

编译以后，通过 objdump 来观察汇编指令，在我的 2.4 内核机器上，结果如下：

# gcc -O2 -c  example1.c
# objdump -d  example1.o

Disassembly of section .text:

00000000   < testfun > :
    0 :    55                       push    % ebp
    1 :    89  e5                   mov     % esp, % ebp
    3 :   8b  45   08                 mov     0x8 ( % ebp), % eax
    6 :    85  c0                   test    % eax, % eax
    8 :    75   07                    jne     11   < testfun + 0x11 >
   a:   b8  06   00   00   00           mov    $ 0x6 , % eax
   f:   c9                      leave
   10 :   c3                      ret
   11 :   b8  19   00   00   00           mov    $ 0x19 , % eax
   16 :   eb f7                   jmp    f  < testfun + 0xf >

可以看到，编译器使用的是 jne （不相等跳转）指令，并且 else block 中的代码紧跟在后面。

  8 :    75   07                    jne     11   < testfun + 0x11 >
 a:   b8  06   00   00   00           mov    $ 0x6 , % eax


第二个例子： example2.c

int  testfun( int  x)
{
         if (__builtin_expect(x,  1 )) {
                               ^^^   ---  We instruct the compiler,  " if "  block  is  more probable
                x  =   5 ;
                x  =  x  *  x;
        }  else  {
                x  =   6 ;
        }
         return  x;
}

在这个例子中，我们认为 x 不为 0 的可能性更大

编译以后，通过 objdump 来观察汇编指令，在我的 2.4 内核机器上，结果如下：

# gcc -O2 -c  example2.c
# objdump -d  example2.o

Disassembly of section .text:

00000000   < testfun > :
    0 :    55                       push    % ebp
    1 :    89  e5                   mov     % esp, % ebp
    3 :   8b  45   08                 mov     0x8 ( % ebp), % eax
    6 :    85  c0                   test    % eax, % eax
    8 :    74   07                    je      11   < testfun + 0x11 >
   a:   b8  19   00   00   00           mov    $ 0x19 , % eax
   f:   c9                      leave
   10 :   c3                      ret
   11 :   b8  06   00   00   00           mov    $ 0x6 , % eax
   16 :   eb f7                   jmp    f  < testfun + 0xf >

这次编译器使用的是 je （相等跳转）指令，并且 if block 中的代码紧跟在后面。

   8 :    74   07                    je      11   < testfun + 0x11 >
   a:   b8  19   00   00   00           mov    $ 0x19 , % eax


=========================必不可少的实验========================

根据上面的代码，我在自己的机器上试了试，照着做结果不一样。
如果你和我一样，可以再读读这篇文章：http://blog.youkuaiyun.com/huntinux/article/details/11369851
查看gcc man文档也可以：

GCC will use heuristics to guess branch probabilities
           if they are not provided by profiling feedback
           (-fprofile-arcs).  These heuristics are based on the
           control flow graph.  If some branch probabilities are
           specified by __builtin_expect, then the heuristics
           will be used to guess branch probabilities for the
           rest of the control flow graph, taking the
           __builtin_expect info into account.  The interactions
           between the heuristics and __builtin_expect can be
           complex, and in some cases, it may be useful to
           disable the heuristics so that the effects of
           __builtin_expect are easier to understand.

编译命令改为：
$ gcc -fprofile-arcs -O2 -c e1.c