分支预测会导致非法指令吗？

Question

在以下伪代码中：

if (rdtscp supported by hardware) {
    Invoke "rdtscp" instruction
} else {
    Invoke "rdtsc" instruction
}

假设CPU不支持rdtscp指令，因此我们回rdtscp else语句。

如果CPU错误预测了分支，指令管道是否有可能尝试执行rdtscp并抛出Illgal Instruction错误？

Answer 1

在英特尔处理器手册第3A卷第6.15章中明确记录了#UD陷阱（无效操作码执行）：

在实现无序执行微体系结构的Intel 64和IA-32处理器中，在尝试退出执行无效指令的结果之前，不会生成此异常。 也就是说，解码和推测性地尝试执行无效操作码不会产生此异常。 同样，在奔腾处理器和早期的IA-32处理器中，由于对无效指令进行预取和初步解码，因此不会生成此异常。

Answer 2

指令陷阱，例如“非法指令”陷阱，在执行指令时生效，而不是之前生效。 程序通常取决于抛出陷阱时程序的状态，因此尽早执行它们将是架构中的一个严重错误。

编辑：好的，好的。 从英特尔软件开发人员手册，第3A卷：

P6系列处理器推测性地执行指令的能力不会影响处理器对中断的接受。 在指令执行退出阶段的指令边界处进行中断; 所以它们总是被带入“有序”指令流中。

Answer 3

这取决于你如何定义“原因”。 它有一些可观察到的效果吗？ 是。

正如Hans和Sneftel指出的那样 - 例外，中断，陷阱等都在退休时发生，错误的路径代码永远不会到达。 因此，错误预测的分支不能导致错误路径指令的提交/退出 ，包括它们可能尝试执行的任何非法操作码。

但是，错误预测的代码路径可能会以更微妙的方式影响微架构状态，您可能会执行和缓存负载，完成页面遍历以及各种其他微架构事件 - 简而言之，您的CPU所做的所有艰苦工作而你粗心地去错误预测一些分支（这在OOO CPU中是相当多的）。 我非常怀疑任何CPU都会从你的缓存/ TLB中捕获所有这些东西，所以考虑到这些东西以后会影响你的程序性能（无论好坏），只是没有它的功能行为。

如果你的业务是优化性能（并且可能太复杂而无法使用），这可能是不值得的，但考虑到你是否正在保护代码的业务可能是相关的 - 一些黑客可能有办法从您的缓存中嗅探此类数据。