在C程序中创建数据危害

Question

我正在处理一个问题，我试图在不同的C程序（如）中创建不同的场景

• 数据危害
• 分支机构评估
• 过程调用

这是为了学习流水线技术和出现的不同危险。

因此，我正在编写简单的C程序，并将其反汇编为汇编语言，以查看是否会产生危害。但我不知道如何制造这些危险。你知道我该怎么做吗？以下是我编写的一些简单代码。

我使用编译。

gcc -g -c programName.c -o programName.o
gcc programName.o -o programName
objdump -d programName.o > programName.asm

代码：

#include <stdio.h>
int main()
{
    int i = 0;
    int size = 5;
    int num[5] = {1,2,3,4,5};
    int sum=0;
    int average = 0;
    for(i = 0; i < size; i++)
    {
        sum += num[i];
    }
    average=sum/size;
    return 0;
}

这是它的组装。

average.o:     file format elf64-x86-64
Disassembly of section .text:
0000000000000000 <main>:
   0:   55                      push   %rbp
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
   4:   c7 45 f0 00 00 00 00    movl   $0x0,0xfffffffffffffff0(%rbp)
   b:   c7 45 f4 05 00 00 00    movl   $0x5,0xfffffffffffffff4(%rbp)
  12:   c7 45 d0 01 00 00 00    movl   $0x1,0xffffffffffffffd0(%rbp)
  19:   c7 45 d4 02 00 00 00    movl   $0x2,0xffffffffffffffd4(%rbp)
  20:   c7 45 d8 03 00 00 00    movl   $0x3,0xffffffffffffffd8(%rbp)
  27:   c7 45 dc 04 00 00 00    movl   $0x4,0xffffffffffffffdc(%rbp)
  2e:   c7 45 e0 05 00 00 00    movl   $0x5,0xffffffffffffffe0(%rbp)
  35:   c7 45 f8 00 00 00 00    movl   $0x0,0xfffffffffffffff8(%rbp)
  3c:   c7 45 fc 00 00 00 00    movl   $0x0,0xfffffffffffffffc(%rbp)
  43:   c7 45 f0 00 00 00 00    movl   $0x0,0xfffffffffffffff0(%rbp)
  4a:   eb 10                   jmp    5c <main+0x5c>
  4c:   8b 45 f0                mov    0xfffffffffffffff0(%rbp),%eax
  4f:   48 98                   cltq   
  51:   8b 44 85 d0             mov    0xffffffffffffffd0(%rbp,%rax,4),%eax
  55:   01 45 f8                add    %eax,0xfffffffffffffff8(%rbp)
  58:   83 45 f0 01             addl   $0x1,0xfffffffffffffff0(%rbp)
  5c:   8b 45 f0                mov    0xfffffffffffffff0(%rbp),%eax
  5f:   3b 45 f4                cmp    0xfffffffffffffff4(%rbp),%eax
  62:   7c e8                   jl     4c <main+0x4c>
  64:   8b 55 f8                mov    0xfffffffffffffff8(%rbp),%edx
  67:   89 d0                   mov    %edx,%eax
  69:   c1 fa 1f                sar    $0x1f,%edx
  6c:   f7 7d f4                idivl  0xfffffffffffffff4(%rbp)
  6f:   89 45 fc                mov    %eax,0xfffffffffffffffc(%rbp)
  72:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  77:   c9                      leaveq 
  78:   c3                      retq   

如有任何见解或帮助，不胜感激。谢谢

Answer 1

既然这是家庭作业，我不会给你一个直接的答案，而是一些思考的食物，把你推向正确的方向。

x86是一个糟糕的ISA，用来尝试和理解流水线。一条x86指令可以隐藏两到三个副作用，这使得即使是最简单的管道也很难弄清楚给定指令的执行方式。你确定没有提供RISC ISA来解决这个问题吗？

将循环/危险代码放入函数中，最好将数组的创建随机化。使阵列更长。一个好的编译器基本上会找出答案，否则就会删除你写的大部分代码！出于我不理解的原因，它把你的变量放在了内存中。

一个好的编译器也会做一些事情，比如循环展开，试图隐藏数据隐患并获得更好的代码调度。学习如何克服这一点（或者，如果可以的话，给编译器一个标志，告诉它在允许干扰编译器的情况下不要做这些事情）。

关键字"volatile"非常有助于告诉编译器不要对某些变量进行优化（它"告诉"编译器该值随时可能更改，所以不要聪明地使用它优化代码，也不要将变量保留在寄存器文件中）。

数据危害意味着管道将在等待数据时暂停。通常情况下，指令会被及时绕过，因此不会发生失速。想想哪些类型的指令可能无法绕过，并可能导致数据危险的停滞。这取决于管道，因此为特定处理器暂停的代码可能不会为另一个处理器暂停。现代无序的英特尔处理器非常善于避免这些停滞，编译器也非常善于重新调度代码，因此即使在有序的内核上也不会出现这种情况。