Wie viel schneller kann die neue Funktionsaufrufkonvention von Go sein?

Kontinuierliche Optimierung des Compilers und der Laufzeit kann die Erstellung und Ausführung von Go-Programmen reibungsloser machen. In den Versionshinweisen zu Go 1.18 stellte Chopper fest, dass die neue Funktionsaufrufkonvention (registerbasiert) von Go auf die ARM64-Architektur ausgeweitet wird (amd64 wird bereits unterstützt) und die Leistung um mehr als 10 % verbessert wird, was einen Blick wert ist weiterleiten an.

In diesem Artikel wird untersucht, welche Vorteile Änderungen in den Funktionsaufrufkonventionen für Go mit sich bringen können.

Funktionsaufrufkonventionen

Im Artikel Go-Funktionsaufrufkonventionen (Lesern, die mit diesem Abschnitt nicht vertraut sind, wird empfohlen, diesen Artikel zuerst zu lesen) haben wir die Funktionsaufrufkonventionen besprochen der Go-Sprache.

Die sogenannte Funktionsaufrufkonvention bezieht sich auf eine bestimmte Vereinbarung, die der Funktionsaufrufer und der Angerufene einhalten müssen. Dazu gehört hauptsächlich die Methode zum Übergeben von Parametern der Funktion, die Reihenfolge ihrer Übergabe usw.

Parameterübergabemethoden werden im Allgemeinen in zwei Situationen unterteilt: Registerübergabe und Stapelübergabe.

Vor Go 1.17 verwendete die Go-Sprache die Stapelübertragung, um Unterschiede zwischen verschiedenen CPU-Registern zu vermeiden. Der größte Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass er einfach zu implementieren ist und den Compiler leicht wartbar macht. Aber auch die Nachteile liegen auf der Hand: Ein Teil der Leistung wird geopfert. Weil die Geschwindigkeit der CPU-Zugriffsregister viel höher sein wird als die des Speichers.

改变

基于性能考虑，寄存器的调用惯例，是大多数语言采纳的方式。Go 也准备做点改变，在 1.17 版本中，对于 linux/amd64, darwin/amd64, windows/amd64 系统，首先实现了新的基于寄存器的调用惯例。

package main

//go:noinline
func add(i, j int) int {
 return i + j
}

func main() {
 add(100, 200)
}

我们在 darwin/amd64 系统上，分别使用 Go 1.17 和 Go 1.16 的代码进行编译，得到它们的汇编语句分别如下。

Go 1.17 汇编语句

$ go version
go version go1.17 darwin/amd64
$ go tool compile -S main.go
"".add STEXT nosplit size=4 args=0x10 locals=0x0 funcid=0x0
 0x0000 00000 (main.go:4) TEXT "".add(SB), NOSPLIT|ABIInternal, $0-16
 0x0000 00000 (main.go:4) FUNCDATA $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
 0x0000 00000 (main.go:4) FUNCDATA $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
 0x0000 00000 (main.go:4) FUNCDATA $5, "".add.arginfo1(SB)
 0x0000 00000 (main.go:5) ADDQ BX, AX
 0x0003 00003 (main.go:5) RET
 0x0000 48 01 d8 c3                                      H...
"".main STEXT size=54 args=0x0 locals=0x18 funcid=0x0
 0x0000 00000 (main.go:8) TEXT "".main(SB), ABIInternal, $24-0
 0x0000 00000 (main.go:8) CMPQ SP, 16(R14)
 0x0004 00004 (main.go:8) PCDATA $0, $-2
 0x0004 00004 (main.go:8) JLS 47
 0x0006 00006 (main.go:8) PCDATA $0, $-1
 0x0006 00006 (main.go:8) SUBQ $24, SP
 0x000a 00010 (main.go:8) MOVQ BP, 16(SP)
 0x000f 00015 (main.go:8) LEAQ 16(SP), BP
 0x0014 00020 (main.go:8) FUNCDATA $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
 0x0014 00020 (main.go:8) FUNCDATA $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
 0x0014 00020 (main.go:9) MOVL $100, AX
 0x0019 00025 (main.go:9) MOVL $200, BX
 0x001e 00030 (main.go:9) PCDATA $1, $0
 0x001e 00030 (main.go:9) NOP
 0x0020 00032 (main.go:9) CALL "".add(SB)
 0x0025 00037 (main.go:10) MOVQ 16(SP), BP
 0x002a 00042 (main.go:10) ADDQ $24, SP
 0x002e 00046 (main.go:10) RET
 0x002f 00047 (main.go:10) NOP
 0x002f 00047 (main.go:8) PCDATA $1, $-1
 0x002f 00047 (main.go:8) PCDATA $0, $-2
 0x002f 00047 (main.go:8) CALL runtime.morestack_noctxt(SB)
 0x0034 00052 (main.go:8) PCDATA $0, $-1
 0x0034 00052 (main.go:8) JMP 0
 ...

Go 1.16 汇编语句

$ go1.16.4 version
go version go1.16.4 darwin/amd64
$ go1.16.4 tool compile -S main.go
"".add STEXT nosplit size=19 args=0x18 locals=0x0 funcid=0x0
 0x0000 00000 (main.go:4) TEXT "".add(SB), NOSPLIT|ABIInternal, $0-24
 0x0000 00000 (main.go:4) FUNCDATA $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
 0x0000 00000 (main.go:4) FUNCDATA $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
 0x0000 00000 (main.go:5) MOVQ "".j+16(SP), AX
 0x0005 00005 (main.go:5) MOVQ "".i+8(SP), CX
 0x000a 00010 (main.go:5) ADDQ CX, AX
 0x000d 00013 (main.go:5) MOVQ AX, "".~r2+24(SP)
 0x0012 00018 (main.go:5) RET
 0x0000 48 8b 44 24 10 48 8b 4c 24 08 48 01 c8 48 89 44  H.D$.H.L$.H..H.D
 0x0010 24 18 c3                                         $..
"".main STEXT size=71 args=0x0 locals=0x20 funcid=0x0
 0x0000 00000 (main.go:8) TEXT "".main(SB), ABIInternal, $32-0
 0x0000 00000 (main.go:8) MOVQ (TLS), CX
 0x0009 00009 (main.go:8) CMPQ SP, 16(CX)
 0x000d 00013 (main.go:8) PCDATA $0, $-2
 0x000d 00013 (main.go:8) JLS 64
 0x000f 00015 (main.go:8) PCDATA $0, $-1
 0x000f 00015 (main.go:8) SUBQ $32, SP
 0x0013 00019 (main.go:8) MOVQ BP, 24(SP)
 0x0018 00024 (main.go:8) LEAQ 24(SP), BP
 0x001d 00029 (main.go:8) FUNCDATA $0, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
 0x001d 00029 (main.go:8) FUNCDATA $1, gclocals·33cdeccccebe80329f1fdbee7f5874cb(SB)
 0x001d 00029 (main.go:9) MOVQ $100, (SP)
 0x0025 00037 (main.go:9) MOVQ $200, 8(SP)
 0x002e 00046 (main.go:9) PCDATA $1, $0
 0x002e 00046 (main.go:9) CALL "".add(SB)
 0x0033 00051 (main.go:10) MOVQ 24(SP), BP
 0x0038 00056 (main.go:10) ADDQ $32, SP
 0x003c 00060 (main.go:10) RET
 0x003d 00061 (main.go:10) NOP
 0x003d 00061 (main.go:8) PCDATA $1, $-1
 0x003d 00061 (main.go:8) PCDATA $0, $-2
 0x003d 00061 (main.go:8) NOP
 0x0040 00064 (main.go:8) CALL runtime.morestack_noctxt(SB)
 0x0045 00069 (main.go:8) PCDATA $0, $-1
 0x0045 00069 (main.go:8) JMP 0

看到这么多汇编代码，不要紧张。这里我们需要留意的就以下这么几行

// Go 1.17 汇编参数调用代码
"".add STEXT nosplit size=4 args=0x10 locals=0x0 funcid=0x0
...
0x0000 00000 (main.go:5) ADDQ BX, AX
...
"".main STEXT size=54 args=0x0 locals=0x18 funcid=0x0
...
 0x0014 00020 (main.go:9) MOVL $100, AX
 0x0019 00025 (main.go:9) MOVL $200, BX
 0x001e 00030 (main.go:9) PCDATA $1, $0
 0x001e 00030 (main.go:9) NOP
 0x0020 00032 (main.go:9) CALL "".add(SB)
...

// Go 1.16 汇编参数调用代码
"".add STEXT nosplit size=19 args=0x18 locals=0x0 funcid=0x0
...
 0x0000 00000 (main.go:5) MOVQ "".j+16(SP), AX
 0x0005 00005 (main.go:5) MOVQ "".i+8(SP), CX
 0x000a 00010 (main.go:5) ADDQ CX, AX
 0x000d 00013 (main.go:5) MOVQ AX, "".~r2+24(SP)
...
"".main STEXT size=71 args=0x0 locals=0x20 funcid=0x0
...
 0x001d 00029 (main.go:9) MOVQ $100, (SP)
 0x0025 00037 (main.go:9) MOVQ $200, 8(SP)
 0x002e 00046 (main.go:9) PCDATA $1, $0
 0x002e 00046 (main.go:9) CALL "".add(SB)
...

看出差异了吗？

在 Go 1.17 的汇编代码中，参数值 100 和 200 直接基于寄存器 AX 和 BX 来操作。而 Go 1.16 中，参数值是通过指向栈顶的栈指针寄存器SP的偏移量来表示和传递的。

在 Go 1.17 的release notes中，编译器的此项改变会让 Go 程序运行性能和二进制大小两个方面得到优化，

二进制大小

首先，我们比较编译后的二进制大小。

$ go build -o main1.17 main.go
$ go1.16.4 build -o main1.16 main.go
$ ls -al main1.17 main1.16
-rwxr-xr-x  1 slp  staff  1200640 Dec 26 21:09 main1.16
-rwxr-xr-x  1 slp  staff  1142208 Dec 26 21:09 main1.17

可以看出，Go 1.17 基于寄存器传递的函数调用惯例编译出的二进制，相较于 Go 1.16 基于栈传递的减少 4.8% 的大小。

性能

通过 benchmark 比较程序执行效率

// Go 1.17
$ go test -bench=.
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: workspace/add
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-8279U CPU @ 2.40GHz
BenchmarkIt-8    918887481          1.257 ns/op
PASS
ok   workspace/add 1.299s

// Go 1.16
$ go1.16.4 test -bench=.
goos: darwin
goarch: amd64
pkg: workspace/add
cpu: Intel(R) Core(TM) i5-8279U CPU @ 2.40GHz
BenchmarkIt-8    801041754          1.469 ns/op
PASS
ok   workspace/add 1.336s

从 1.469 ns/op 提升至 1.257 ns/op，大约提升了 14%。

总结

我们常谈论到，Go 是在不断优化迭代的，我们值得期待与建设更好的 Go 语言。

Um den Leistungsverlust der stapelbasierten Übertragung zu verringern, werden ab Go 1.17 Kompilierungsänderungen basierend auf der Registerübertragung eingeführt, die derzeit nur die amd64-Plattform unterstützt. Aber in Go 1.18 wird die Unterstützung für die Plattformen arm64, ppc64 und ppc64le erweitert.

Wie in den Versionshinweisen von Go erwähnt, wird die neue Funktionsaufrufkonvention Verbesserungen in zwei Aspekten mit sich bringen: Die kompilierte Binärgröße wird kleiner und die Ausführungseffizienz wird verbessert. Um gleichzeitig die Kompatibilität mit vorhandenen Assembly-Funktionen aufrechtzuerhalten, generiert der Compiler Adapterfunktionen, die zwischen den alten und neuen Aufrufkonventionen konvertieren.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonWie viel schneller kann die neue Funktionsaufrufkonvention von Go sein?. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!