likely && unlikely

原文：http://blog.csdn.net/rstevens/archive/2007/09/24/1798561.aspx

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

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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，likely和unlikely的实现在include/linux/compiler.h中：

      9 #if __GNUC__ == 2 && __GNUC_MINOR__ < 96
     10 #define __builtin_expect(x, expected_value) (x)
     11 #endif
     12
     13 #define likely(x)   __builtin_expect((x),1)
     14 #define unlikely(x) __builtin_expect((x),0)

__builtin_expect是gcc的一个预处理命令，其解释如下：

long __builtin_expect (long exp, long c)
You may use __builtin_expect to provide the compiler with branch prediction
information. In general, you should prefer to use actual profile feedback for this

(‘-fprofile-arcs’), as programmers are notoriously bad at predicting how their
programs actually perform. However, there are applications in which this data is
hard to collect.
The return value is the value of exp, which should be an integral expression. The
value of c must be a compile-time constant. The semantics of the built-in are that it
is expected that exp == c. For example:
if (__builtin_expect (x, 0))
foo ();
would indicate that we do not expect to call foo, since we expect x to be zero. Since
you are limited to integral expressions for exp, you should use constructions such as
if (__builtin_expect (ptr != NULL, 1))
error ();
when testing pointer or floating-point values.