Windows 上 Spectre 和 Meltdown 缓解措施的 R 基准测试

Question

像许多人一样，我怀疑，我有点担心最近的 Windows 更新以解决 Meltdown 和 Spectre 是否会对 R 中的计算时间产生重大不利影响。我使用大型（ish）数据进行了大量生存分析集，这已经需要很长时间了。不幸的是，我只是在更新我的主 PC 后才想到它，因此决定在相关 Windows 更新之前和之后使用旧电脑进行一些基准测试。结果非常有趣。

      test replications elapsed relative user.self sys.self
Pre-Update          100  287.31        1    281.41     5.68
PostUpdate          100  334.71        1    290.42    44.27
PostUpdate          100   338.9        1    294.22     44.5

经过时间的增加令人恼火，但可以控制。真正令人震惊的是，这种放缓主要是由于系统时间增加了近 8 倍。这是预期的吗？有没有其他人做过类似的练习？知道其他人正在经历的影响范围会很有趣，因为我只使用一种特定类型的计算来做这件事，这在我的一些工作中是一个瓶颈，而其他计算可能会受到更大的影响。我很欣赏这是在推动 stackoverflow 所针对的问题类型的界限，但由于这可能会影响几乎所有人，因此分享经验的答案可能会很有用。

只是一点背景背景： 我用尽可能少的其他进程运行这些测试。

• 处理器：i5-2500（显然没有微码更新！）
• 操作系统：Windows 7，更新前后 KB4056897
• R 版本 3.4.3

为了完整起见，运行的代码是：

library("survival")
library("rbenchmark")
set.seed(42)
n = 1e6
censTimes <- seq(from = 0, to = 1, length.out = n)
failTimes <- rweibull(n, 1, -1/log(0.9))
Event <- failTimes < censTimes
obsTimes <- ifelse(Event, failTimes, censTimes)
survObj <- Surv(obsTimes, Event)
Group <- rbinom(n, 4, 0.5)
benchmark(coxph(survObj ~ Group))

Answer 1

感谢您提供一些实数，包括特定的 CPU 型号和基准代码。

是的，由于 Meltdown 缓解措施，大部分影响发生在 system 时间是有道理的。每个内核/用户空间转换都必须修改页表，导致 TLB 失效。与 R 相比，内核可能需要处理更多不同的页面，因为 R 可能主要处理较少的大型分配，而不是检查分散在各处的变量/数据结构。

如果 Windows 也在进行 Spectre 缓解，它可能会做一些非常缓慢的事情。 IDK，除了with a retpoline for every indirect branch 之外，我还没有研究过操作系统如何尝试减轻 Spectre 的影响。 （故意使用返回地址预测器导致对已知位置的错误预测，而不是受到启动预测器的恶意代码的分支目标注入）。

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（尽管关于 R 的 IDK 足以知道为什么它会进行足够多的系统调用以占用大部分时间，甚至是预更新。）

从内核返回用户空间时页表失效也会增加用户时间，但无论如何用户时间都很大。 （正如我所说，R 很可能不会触及许多不同的页面，因此只需要一些 TLB 未命中 -> 页面遍历即可在系统调用或中断后恢复“速度”。）

相关：more microarchitectural details about Meltdown，以及为什么这种 CPU 设计在人们想到 Meltdown 攻击之前就有意义。