为什么Mono运行一个简单的方法较慢而RyuJIT运行速度明显更快？

Question

我出于好奇创建了一个简单的基准,但无法解释结果.

作为基准数据,我准备了一些带有一些随机值的结构数组.准备阶段没有基准:

struct Val 
{
    public float val;
    public float min;
    public float max;
    public float padding;
}

const int iterations = 1000;
Val[] values = new Val[iterations];
// fill the array with randoms

基本上,我想比较这两个钳位实现:

static class Clamps
{
    public static float ClampSimple(float val, float min, float max)
    {
        if (val < min) return min;          
        if (val > max) return max;
        return val;
    }

    public static T ClampExt<T>(this T val, T min, T max) where T : IComparable<T>
    {
        if (val.CompareTo(min) < 0) return min;
        if (val.CompareTo(max) > 0) return max;
        return val;
    }
}

以下是我的基准方法:

[Benchmark]
public float Extension()
{
    float result = 0;
    for (int i = 0; i < iterations; ++i)
    {
        ref Val v = ref values[i];
        result += v.val.ClampExt(v.min, v.max);
    }

    return result;
}

[Benchmark]
public float Direct()
{
    float result = 0;
    for (int i = 0; i < iterations; ++i)
    {
        ref Val v = ref values[i];
        result += Clamps.ClampSimple(v.val, v.min, v.max);
    }

    return result;
}

我正在使用BenchmarkDotNet版本0.10.12,有两个作业:

[MonoJob]
[RyuJitX64Job]

这些是我得到的结果:

BenchmarkDotNet=v0.10.12, OS=Windows 7 SP1 (6.1.7601.0)
Intel Core i7-6920HQ CPU 2.90GHz (Skylake), 1 CPU, 8 logical cores and 4 physical cores
Frequency=2836123 Hz, Resolution=352.5940 ns, Timer=TSC
  [Host]    : .NET Framework 4.7 (CLR 4.0.30319.42000), 64bit RyuJIT-v4.7.3062.0
  Mono      : Mono 5.12.0 (Visual Studio), 64bit
  RyuJitX64 : .NET Framework 4.7 (CLR 4.0.30319.42000), 64bit RyuJIT-v4.7.3062.0


    Method |       Job | Runtime |      Mean |     Error |    StdDev |
---------- |---------- |-------- |----------:|----------:|----------:|
 Extension |      Mono |    Mono | 10.860 us | 0.0063 us | 0.0053 us |
    Direct |      Mono |    Mono | 11.211 us | 0.0074 us | 0.0062 us |
 Extension | RyuJitX64 |     Clr |  5.711 us | 0.0014 us | 0.0012 us |
    Direct | RyuJitX64 |     Clr |  1.395 us | 0.0056 us | 0.0052 us |

我可以接受Mono在一般情况下有点慢.但我不明白的是:

为什么单声道运行的Direct方法要慢比Extension在牢记Direct使用,而一个很简单的比较方法Extension使用带有附加的方法调用的方法？

RyuJIT在这里显示了简单方法的4倍优势.

有谁能解释一下？

Answer 1

由于没有人想做一些反汇编的事情，我回答我自己的问题。

\n\n

看来原因是 JIT 生成的本机代码，而不是注释中提到的数组边界检查或缓存问题。

\n\n

RyuJIT 为该方法生成非常高效的代码ClampSimple：

\n\n

    vucomiss xmm1,xmm0\n    jbe     M01_L00\n    vmovaps xmm0,xmm1\n    ret\n\nM01_L00:\n    vucomiss xmm0,xmm2\n    jbe     M01_L01\n    vmovaps xmm0,xmm2\n    ret\n\nM01_L01:\n    ret\n

\n\n

它使用 CPU 的本机ucomiss操作来比较floats，并使用快速操作在 CPU 的寄存器之间movaps移动这些s。float

\n\n

扩展方法速度较慢，因为它有几个对 的函数调用System.Single.CompareTo(System.Single)，这是第一个分支：

\n\n

lea     rcx,[rsp+30h]\nvmovss  dword ptr [rsp+38h],xmm1\ncall    mscorlib_ni+0xda98f0\ntest    eax,eax\njge     M01_L00\nvmovss  xmm0,dword ptr [rsp+38h]\nadd     rsp,28h\nret\n

\n\n

让我们看一下 Mono 为该ClampSimple方法生成的本机代码：

\n\n

    cvtss2sd    xmm0,xmm0  \n    movss       xmm1,dword ptr [rsp+8]  \n    cvtss2sd    xmm1,xmm1  \n    comisd      xmm1,xmm0  \n    jbe         M01_L00  \n    movss       xmm0,dword ptr [rsp+8]  \n    cvtss2sd    xmm0,xmm0  \n    cvtsd2ss    xmm0,xmm0  \n    jmp         M01_L01 \n\nM01_L00: \n    movss       xmm0,dword ptr [rsp]  \n    cvtss2sd    xmm0,xmm0  \n    movss       xmm1,dword ptr [rsp+10h]  \n    cvtss2sd    xmm1,xmm1  \n    comisd      xmm1,xmm0  \n    jp          M01_L02\n    jae         M01_L02  \n    movss       xmm0,dword ptr [rsp+10h]  \n    cvtss2sd    xmm0,xmm0  \n    cvtsd2ss    xmm0,xmm0  \n    jmp         M01_L01\n\nM01_L02:\n    movss       xmm0,dword ptr [rsp]  \n    cvtss2sd    xmm0,xmm0  \n    cvtsd2ss    xmm0,xmm0  \n\nM01_L01:\n    add         rsp,18h  \n    ret \n

\n\n

Mono 的代码转换floats为doubles 并使用 进行比较comisd。此外，在准备返回值时，还有奇怪的“转换翻转” float\xe2\x9e\x9e double\xe2\x9e\x9e 。float而且内存和寄存器之间还有更多的移动。这解释了为什么 Mono 的简单方法代码比 RyuJIT 的代码慢。

\n\n

该Extension方法代码与 RyuJIT 的代码非常相似，但同样具有奇怪的转换翻转float\xe2\x9e\x9e double\xe2\x9e\x9e float：

\n\n

movss       xmm0,dword ptr [rbp-10h]  \ncvtss2sd    xmm0,xmm0  \nmovsd       xmm1,xmm0  \ncvtsd2ss    xmm1,xmm1  \nlea         rbp,[rbp]  \nmov         r11,2061520h  \ncall        r11  \ntest        eax,eax  \njge         M0_L0 \nmovss       xmm0,dword ptr [rbp-10h]  \ncvtss2sd    xmm0,xmm0  \ncvtsd2ss    xmm0,xmm0\nret\n

\n\n

看来 RyuJIT 可以生成更高效的代码来处理floats。Mono将floats视为doubles并每次转换值，这也导致CPU寄存器和内存之间额外的值传输。

\n\n

请注意，所有这些仅适用于 Windows x64。我不知道这个基准测试在 Linux 或 Mac 上的表现如何。

\n