Assembly x86_64-为什么使用rdtsc/rdtscp对程序计时会给出不合理的大数字？

我正在尝试使用rdtscp对子程序计时。这是我的程序：

; Setting up time
rdtscp                      ; Getting time
push rax                    ; Saving timestamp

; for(r9=0; r9<LOOP_SIZE; r9++)
mov r9, 0
lup0:
call subr
inc r9
cmp r9, LOOP_SIZE
jnz lup0

; Calculating time taken
pop rbx                     ; Loading old time
rdtscp                      ; Getting time
sub rax, rbx                ; Calculating difference

我用来显示数字的方法将它们显示为无符号，因此我认为显示的大数字实际上是负数，并且发生了溢出。但是，

971597237

甚至不接近64位整数限制，因此，假设问题是溢出，为什么会发生？

问题是，

rdtscp

的值不是存储在

rax

上，而是存储在

edx:eax

（这意味着高位在

edx

上，低位在

eax

上）即使在64位模式下也是如此

因此，如果要在

rax

上使用完整的64位值，则必须从

edx

移动较高的位：

; Setting up time
rdtscp                      ; Getting time
shl rdx, 32                 ; Shifting rdx to the correct bit position
add rax, rdx                ; Adding both to make timestamp
push rax                    ; Saving timestamp

; [...stuff...]

; Calculating time taken
rdtscp                      ; Getting time
pop rbx                     ; Loading old time (below rdtscp)
shl rdx, 32                 ; Shifting rdx to the correct bit position
add rax, rdx                ; Adding both to make timestamp
sub rax, rbx                ; Calculating difference

编辑：向下移动

弹出rbx

一行，在

rdtscp

下面。正如Peter指出的，一些寄存器（rax、rdx和rcx）可能会被

rdtscp

覆盖。在您的示例中，这不是问题，但是如果您决定在那里

pop rcx

，那么它可能会被

rdtscp

覆盖，因此最好只在它之后弹出堆栈

---

此外，通过将旧时间戳保存在子例程不使用的寄存器中，可以避免对堆栈的两次调用：

; Setting up time
rdtscp                      ; Getting time
shl rdx, 32                 ; Shifting rdx to the correct bit position
lea r12, [rdx + rax]        ; Adding both to make timestamp, and saving it

; [...stuff (that doesn't use r12)...]

; Calculating time taken
rdtscp                      ; Getting time
shl rdx, 32                 ; Shifting rdx to the correct bit position
add rax, rdx                ; Adding both to make timestamp
sub rax, r12                ; Calculating difference

问题是，即使在64位模式下，

rdtscp

的值也不存储在

rax

上，而是存储在

edx:eax

上（这意味着高位在

edx

上，低位在

eax

）

因此，如果要在

rax

上使用完整的64位值，则必须从

edx

移动较高的位：

; Setting up time
rdtscp                      ; Getting time
shl rdx, 32                 ; Shifting rdx to the correct bit position
add rax, rdx                ; Adding both to make timestamp
push rax                    ; Saving timestamp

; [...stuff...]

; Calculating time taken
rdtscp                      ; Getting time
pop rbx                     ; Loading old time (below rdtscp)
shl rdx, 32                 ; Shifting rdx to the correct bit position
add rax, rdx                ; Adding both to make timestamp
sub rax, rbx                ; Calculating difference

编辑：向下移动

弹出rbx

一行，在

rdtscp

下面。正如Peter指出的，一些寄存器（rax、rdx和rcx）可能会被

rdtscp

覆盖。在您的示例中，这不是问题，但是如果您决定在那里

pop rcx

，那么它可能会被

rdtscp

覆盖，因此最好只在它之后弹出堆栈

---

此外，通过将旧时间戳保存在子例程不使用的寄存器中，可以避免对堆栈的两次调用：

; Setting up time
rdtscp                      ; Getting time
shl rdx, 32                 ; Shifting rdx to the correct bit position
lea r12, [rdx + rax]        ; Adding both to make timestamp, and saving it

; [...stuff (that doesn't use r12)...]

; Calculating time taken
rdtscp                      ; Getting time
shl rdx, 32                 ; Shifting rdx to the correct bit position
add rax, rdx                ; Adding both to make timestamp
sub rax, r12                ; Calculating difference

---

rdtsc

即使在64位模式下，也会令人烦恼地将其结果放入EDX:EAX。您只保存/使用TSC的低32位，并获得32位无符号差，符号扩展到64位，因为您是在零扩展32位值上使用

sub-rax，rbx

计算它，而不是

sub-EAX，ebx

rdtsc

即使在64位模式下，也会令人烦恼地将其结果放入EDX:EAX。您只保存/使用TSC的低32位，并获得32位无符号差，符号扩展到64位，因为您是在零扩展32位值上使用

sub-rax，rbx

计算它，而不是

sub-EAX，ebx

。是的，这是正确的。正常情况下您可以使用调用缓冲寄存器（如rsi或r8）代替RBX，而无需在函数周围保存/恢复。（

rdtscp

clobbers RCX）。或者，您可以使用

shl rdx，32

/

lea r8[rdx+rax]将一半合并到另一个寄存器，而不是堆栈中

，选择一个寄存器，您的定时区域不会修改。无需猜测寄存器所涉及的内容。

rdtscp

会写入RDX、RAX和RCX。但是，是的，因为您不需要（或想要）在定时区域中，如果你坚持使用堆栈而不是寄存器来保存旧时间，你可以直接弹出RCX。然后你不需要触摸RDTSCP尚未销毁的任何寄存器。但是如果你决定弹出RCX，那么它可能会被RDTSCP覆盖-不，如果你是

pop

在

rdtscp

之后，就像你现在所做的那样。我的评论是基于原始版本的，它在定时区域内弹出，不幸的是，我没有想到只是在后面弹出。

add rax，rdx

/

mov r8，rax

可以被

lea r8[rdx+rax]代替

就像我最初建议的那样，这在所有CPU上基本上在所有可能重要的方面都更便宜。此外，如果您正在计时的是一个“子例程”，如果它遵循标准的调用约定，您可能希望选择一个保留调用的寄存器，如

r12

。您陈述它的方式（就在后面，在与“编辑：将rbx向下移动一行”）会导致一个看似毫无意义的说法，即对建议的工作答案进行进一步改进。是的，这是正确的。通常情况下，您会使用一个调用中断寄存器，如rsi或r8，而不需要在函数周围保存/恢复它，而不是rbx。（

rdtscp

clobbers-RCX）。或者，您可以使用

shl rdx，32

/

lear8，[rdx+rax]

将一半合并到另一个寄存器中，而不是堆栈，选择一个定时区域不修改的寄存器。无需猜测什么寄存器

rdtscp

接触。它编写rdx、rax和RCX。。但是的，因为您不需要（或想要）在定时区域中，如果你坚持使用堆栈而不是寄存器来保存旧时间，你可以直接弹出RCX。然后你不需要触摸RDTSCP尚未销毁的任何寄存器。但是如果你决定弹出RCX，那么它可能会被RDTSCP覆盖-不，如果你是

pop

在

rdtscp

之后，就像你现在所做的那样。我的评论是基于原始版本的，它在定时区域内弹出，不幸的是，我没有想到只是在后面弹出。

add rax，rdx

/

mov r8，rax

可以被

lea r8[rdx+rax]代替

就像我最初建议的那样，在所有CPU上，从本质上讲，这在所有重要的方面都比较便宜。此外，如果您正在计时的是一个“子例程”，那么如果它遵循标准的调用约定，您可能需要选择一个调用