为什么运行一个空程序需要这么多指令？

Question

所以最近我了解了 linux 中的perf 命令。我决定进行一些实验，所以我创建了一个空的 c 程序并测量了运行需要多少条指令：

echo 'int main(){}'>emptyprogram.c && gcc -O3 emptyprogram.c -o empty
perf stat ./empty

这是输出：

 Performance counter stats for './empty':

      0.341833      task-clock (msec)         #    0.678 CPUs utilized          
             0      context-switches          #    0.000 K/sec                  
             0      cpu-migrations            #    0.000 K/sec                  
           112      page-faults               #    0.328 M/sec                  
     1,187,561      cycles                    #    3.474 GHz                    
     1,550,924      instructions              #    1.31  insn per cycle         
       293,281      branches                  #  857.966 M/sec                  
         4,942      branch-misses             #    1.69% of all branches        

   0.000504121 seconds time elapsed

为什么它使用这么多指令来运行一个实际上什么都不做的程序？我认为这可能是将程序加载到操作系统所需的一些基准指令数量，所以我寻找了一个用汇编编写的最小可执行文件，我发现了一个 142 字节的可执行文件，它在此处输出 "Hi World" (http://timelessname.com/elfbin/ )

在 142 字节的 hello 可执行文件上运行 perf stat，我得到：

Hi World

 Performance counter stats for './hello':

      0.069185      task-clock (msec)         #    0.203 CPUs utilized          
             0      context-switches          #    0.000 K/sec                  
             0      cpu-migrations            #    0.000 K/sec                  
             3      page-faults               #    0.043 M/sec                  
       126,942      cycles                    #    1.835 GHz                    
       116,492      instructions              #    0.92  insn per cycle         
        15,585      branches                  #  225.266 M/sec                  
         1,008      branch-misses             #    6.47% of all branches        

   0.000340627 seconds time elapsed

这似乎仍然比我预期的要高很多，但我们可以接受它作为基准。在那种情况下，为什么运行 empty 需要多 10 倍的指令？这些指示做了什么？如果它们是某种开销，为什么 C 程序和 helloworld 汇编程序之间的开销差异如此之大？

Answer 1

声称它“实际上什么都不做”是不公平的。是的，在应用程序级别，您选择让整个事情成为您的微基准测试的巨大空操作，这很好。但是，不，在系统级别的幕后，它几乎不是“什么都没有”。您要求 linux 派生出一个全新的执行环境，对其进行初始化，并将其连接到该环境。您调用了很少的 glibc 函数，但动态链接并非易事，并且在一百万条指令之后，您的进程已准备好要求错误 printf() 和朋友，并有效地引入您可能已链接或 dlopen()'ed 的库。

这不是实现者可能会优化的那种微平台。 会感兴趣的是，如果您可以识别出在某些用例中从未使用过的 fork/exec 的“昂贵”方面，因此可能会被 #ifdef 淘汰（或使其执行短路） ) 在非常特殊的情况下。 resolv.conf 的延迟评估就是其中一个例子，如果进程从不与 IP 服务器交互，则永远不会支付开销。