win10專業(yè)版激活指令,windows10指令集

　　在我之前的博客文章“問題：軟件實際上使用新的指令集嗎？”在中，我觀察了幾種不同的Linux *設(shè)置使用的指令種類，以及改變運行的處理器類型對每種設(shè)置的影響。作為這個職位的后續(xù)，現(xiàn)在我已經(jīng)為Microsof t Windows 10做了同樣的工作。在本文中，我將介紹Windows 10如何在各種處理器之間運行，以及它的行為與Ubuntu * 16相比如何?；氐経buntu查看不同使用場景下的指令使用情況。

　　實驗裝置

　　就像之前一樣，我在WindRiver Simics虛擬平臺工具中使用了我們的“通用PC”平臺，并使用了兩種不同的處理器型號來運行它。一個型號是英特爾酷睿i7第1代處理器(代號“Nehalem”)，另一個型號是英特爾酷睿i7第6代處理器(代號“Skylake”)。

　　使用這些不同的模型，我啟動了Windows 10映像(準(zhǔn)確地說是build 1511)。就像之前一樣，我在開機的前60秒就跑完了，最后在一個閑置的桌面上。

　　下面是啟動幾個Windows 10目標(biāo)從我的筆記本電腦收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)的截圖：

　　在啟動過程中，我使用Simics工具環(huán)境來收集我看到的指令類型的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。我計算每個助記符的指令用法，就像上一篇文章一樣。另外，我在下面討論的基礎(chǔ)上，按照其他標(biāo)準(zhǔn)閱讀了指令流。

　　跨越世代的指示

　　首先，我檢查了在引導(dǎo)過程中出現(xiàn)的百分之一或更多的動態(tài)指令的所有指令。結(jié)果如下圖所示：

　　我們在Windows數(shù)據(jù)中看到的與我們在之前的博客文章中看到的Ubuntu 16非常相似。各代處理器之間有一些微小的變化，但是不管處理器是什么，大多數(shù)相同的代碼都可以運行。

　　對于Ubuntu和Windows等廣泛使用的通用操作系統(tǒng)發(fā)行版來說，這并不意外。在之前的博文中，各代處理器之間最顯著的區(qū)別是Yocto * Linux版本，這是有道理的。

　　Yocto允許您為自己構(gòu)建一個Linux，當(dāng)涉及到包含使用新指令集的代碼時，它的默認值可以更激進，因為您通常不需要支持廣泛的用戶基礎(chǔ)。對于Ubuntu和Windows 10來說，它們擁有廣泛的用戶基礎(chǔ)和共同的目標(biāo)，能夠為大量用戶提供可靠的工作。各代硬件之間的太多差異將使測試和質(zhì)量控制更加困難。不像在自己的Linux上運行時，不要主動為單個系統(tǒng)進行優(yōu)化。

　　反正我們看使用的指令，最常見的是move、compare、jump和basic算術(shù)。這與我們在Linux上看到的非常相似，但使用的確切指令確實有點不同。

　　比較Linux

　　當(dāng)我們在這里更改操作系統(tǒng)時，編譯器用于構(gòu)建代碼更改(從Linux *上的gcc到Windows上的Microsoft *編譯器)，以及如何完成函數(shù)調(diào)用和操作系統(tǒng)調(diào)用的約定。所有這些都會影響編譯器中的指令選擇過程，因此工作負載之間使用的實際指令可能會有所不同。事實上，我們甚至可以看到工作負載中使用的一些唯一的指令。在我們當(dāng)前的數(shù)據(jù)集中有一些這樣的例子。

　　Windows 10從不使用LEAVE或ENTER命令。正如我在之前的博客文章中所討論的，舊的Linux 2.6 Busybox *安裝程序確實使用了LEAVE，但是新的Linux發(fā)行版沒有使用它。由于Windows 10是一個相當(dāng)新的軟件堆棧，它甚至不再使用LEAVE指令。

　　有一些使用Windows 10的說明，但是沒有Linux的設(shè)置。最重要的一個是來自英特爾SIMD流指令擴展2(SSE2)指令集的MOVNTI指令。占Windows的三分之二以上！另外，除了上面提到的最常見的指令，Windows 10還使用了幾個獨特的沒有任何Linux變種的矢量指令：PADDW、PSRLW、PMOVZXBW、PUNPCKHQDQ、PSUBW和PMADDWD。鑒于矢量指令集的豐富性，這并不奇怪。

　　Windows(而不是Linux)也使用原8086指令集的CMC(補充進位標(biāo)志)指令。這同樣適用于80386的BSR(位反向掃描)。它們并不常見(測量值低于0.01%)，但有趣的是它們從未在Linux引導(dǎo)中使用過。

　　請注意，這只是關(guān)于操作系統(tǒng)的啟動過程；應(yīng)用程序的情況可能有所不同。其實我在Linux上做了一些其他的實驗，結(jié)果如下。

　　矢量和SIMD

　　啟動時，矢量指令不會用得太多。對于Windows來說，v1和v6處理器之間的差異并不是特別大——在Linux上這種差異更加明顯。然而，當(dāng)Windows 10與Ubuntu 16進行比較時，它變得更加有趣：

　　一般來說，Windows和Ubuntu在啟動時使用矢量指令的比例是一樣的(5%左右)。然而，這些向量指令以不同的方式分布。Windows使用更多的SSE2指令，而Ubuntu使用更多的MMX指令。Windows不會改變各代之間使用的指令，并且在v6處理器上幾乎沒有任何明顯的英特爾高級矢量擴展指令集(AVX)的使用。

　　還有更多的事情

　　這種考察指令助記符的方法，其實只是一個簡單的例子，你可以在虛擬平臺中用工具運行的軟件中觀察到。這已經(jīng)相當(dāng)豐富了，但還有更多的觀察和統(tǒng)計。作為Simics的用戶，你可以編程工具來收集你想要的任何東西(只要它是虛擬平臺的一部分)。

　　例如，以下是Windows 10在v6處理器上啟動時指令大小的分配：

　　每條執(zhí)行指令的平均大小約為3.73字節(jié)。請注意，這并不表示代碼的大小。這代表了高速緩存系統(tǒng)和處理器解碼器的壓力。英特爾架構(gòu)(IA)是一種經(jīng)典的可變長度指令集。這里可以清楚地看到，指令長度的范圍從1字節(jié)到14字節(jié)。值得注意的是，真正長的指令也非常少見。

　　分割指令的另一種方法是查看操作數(shù)類型和指令操作碼。這是一個比上面使用的助記法更細粒度的分段。例如，MOV指令的20種最常見的變體如下：

　　這遠遠不是全部.還有許多其他特定的尋址模式在使用。這是一個典型的長尾分布：到目前為止，絕大多數(shù)的MOV操作是最常見的模式，同時頻繁使用更復(fù)雜的模式也很重要。

　　注意，我們在這里看到所有大小的移動：僅僅因為這是一個運行在64位處理器上的64位Windows操作系統(tǒng)，并不意味著所有的操作實際上都是64位大小的。字節(jié)(8位)、字(16位)和雙字(32位)操作也被使用。32位和64位一樣常見。

　　在Linux桌面的向量和SIMD

　　當(dāng)與我的一位同事討論這些測量結(jié)果時，問題出現(xiàn)在一般矢量指令和AVX指令中，以及它們?nèi)绾畏浅Ｒ蕾囉谒褂玫墓ぷ髫撦d。操作系統(tǒng)引導(dǎo)不太可能用它來進行多個小密碼和可能的一些高度優(yōu)化的內(nèi)存復(fù)制操作。但是他在交互使用系統(tǒng)時看到了一些其他的行為。所以，我做了另一個實驗。我把Ubuntu的v6處理器放在那里，開機后開始運行一些交互軟件。本質(zhì)上，打開一個終端并啟動一個新的Firefox進程。

　　從圖中可以看出，AVX命令在桌面活動中被廣泛使用——甚至包括更新的AVX2命令和FMA3命令。向量實際上包含了所有執(zhí)行指令的12%以上，記住這包括了整個機器中的所有指令，而不僅僅是用戶級代碼或圖形子系統(tǒng)中的代碼。

　　結(jié)論

　　這是第二篇博客文章，用圖表和數(shù)字詳細說明了在不同處理器類型的許多不同工作負載中執(zhí)行的不同類型的指令。這是一個像我這樣的計算機架構(gòu)呆子的數(shù)據(jù)集。然而，最有趣的是如何收集數(shù)字——使用Simics及其儀器功能。Simics可以模擬幾乎任何系統(tǒng)，并允許非侵入式檢查和調(diào)試。收集指令統(tǒng)計數(shù)據(jù)，例如，我在這里為處理器設(shè)計師、軟件工程師、研究人員和學(xué)生提供有用的見解。

　　這里有一個簡單的插件：Simics是免費提供給大學(xué)的。它是用于計算機體系結(jié)構(gòu)、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、嵌入式系統(tǒng)、仿真、虛擬平臺和底層編程的多功能工具。