linux内核likely() 与 unlikely()

大多数时候，linux内核会把一个变量与一个外部值比较来看某一条件是否已满足，这种比较的结果很大程度上是可以预测的。这样的例子很常见，例如，检查合法性的代码。内核使用likely和unlikely两个宏分别表示返回的结果是true(1)或false(0)。这两个宏使用gcc可根据它的返回值来优化编译结果的特性来提升代码的性能。

这里有个例子，我们假设调用do_something()函数，在出错的情况下，我们调用handle_error来处理错误：

err = do_something(x, y, z);
if(err)
    handle_error(err);

如果do_something很少出错，我们可以将代码重写为：

err = do_something(x, y, z);
if(unlikely(err))
    handle_error(err);

下面具体分析likely和unlikely

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。

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，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, "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 不为 0 的可能性更大。

编译以后，通过 objdump 来观察汇编指令，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