Go语言汇编优化－蒙卓

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目录

• 基础知识

• 汇编语法

• Demo

• 基本程序

• debug

讲汇编优化，不得不说一句高德纳的名言——过早的优化就是万恶之源。如果你们没有被逼到绝路，或者要榨干CPU的性能，千万不要尝试以下演讲的内容。



我给 Go 的 1.11 提交了这几个项目，第一个是 Hashmap 优化，就是你们常用的 map 操作里面最费时的哈希值计算优化。VDSO，虚拟动态对接的 syscall，主要是优化系统时间调用。Md5、Chacha20就不说了。还有一个 Duffcopy，这是给编译器展开优化用的，它在 arm64平台优化得不是很好，所以我也做了优化。除了 Chacha20还没有完成外，其他的都已经在 Go master 上可以用到了。可能有些人会觉得为什么都是 arm64 平台的优化？其实就是 Go 官方团队维护了 X86-64，已经优化得很好，我就不要搀和了，就挑了一个比较新的平台，arm64。



国内 arm 公司的大牛肖玮带领他的团队也在做 Go 相关的优化，比如 sha256，提升的效率有 16倍。国外的也有，Cloudflare，做CDN的公司，他们有一个密码学大牛弗拉德做了一些优化，也在 Go 的1.11里面合进去了，优化的效率是多少呢？



这是他们的CTO转发的推，CTO问他上周优化了一些什么东西呢？他说他优化了一些Go的库，RSA 性能有20倍，AES-GCM有15倍，P256有18倍。看了这些大牛优化以后有这么好的性能提升，是不是很心动啊？这次演讲就是教大家入门汇编优化，怎么做十几倍的加速。

1. 基础知识

所以怎么跑得那么快？就要知道干什么。 总结下来有三点，减少读写，并行操作，硬件加速。

1.1 减少读写



上图是谷歌的 Jeff Dean 分享的《程序员应该知道的延迟》，这个延迟是什么延迟呢？比如数据从CPU L1里面挖出来的速度，在2012年的时候是0.5ns，CPU L2里面是7ns；储存，也就是我们常说的内存里面拉出来是100ns。大家有没有发现每多一层就是10倍的性能下降，所以你要尽量少用内存的操作，多用寄存器。还有，CPU访问内存的时候有一个小窍门，把这个对齐再访问，CPU会执行得更快一些。这些都是基本知识，大家可以百度、Google 一下，不展开。

1.2 并行操作

业内叫做并行操作SIMD，就是单一指令多个数据进行操作。比如一般的加法操作，一次性只能加一个数，但是你要是用上一些向量指令集，就可以一次性操作8个、16个、32个，意味着相同的时间内能操作数据就更多，也就更快，这是很自然的事情。

1.3 硬件加速

算法再好，最多10倍，然而硬件指令是16倍朝上，比如肖伟和弗拉德他们做的优化基本上是借助硬件指令，非常简单粗暴。像马云说的，武功再高，也怕菜刀。

1.4 程序内存分布

• 构造与其他程序一致

• TEXT=可执行代码

• DATA=堆+全局变量

• frame=函数参数+临时数据

• stack=Go调度器/信号处理



Go 的内存分布要大致了解，因为汇编是直接对内存进行的操作，所以你需要对内存的位置，哪个位置存什么东西有所了解。其实 Go 怎么使用内存和其他程序是差不多的。最下面的TEXT是存放可知性代码，DATA 是堆和全局变量。唯一不一样的地方是 Go 没有完全使用系统栈，而是拆成 frame 栈帧，栈帧保证程序存的参数和临时数据。那原来系统的栈拿去干嘛了？Go 的调度器和信号处理都是在系统栈上，不在栈帧上。

2. 汇编语法

汇编语法特点

• 准抽象汇编语言

• AT&T风格（左到右）

• 指令 参数×N 目标（N=0...3）

虽然看起来汇编语法是好复杂，其实是非常简单粗暴的，没有 C++、Java 等一堆术语。对内存直接操作，就是这么简单。实际上Go的汇编语法和Plan9这个操作系统渊源很深，Plan9 操作系统大家可能没有听说过，其实和Go是同一波人做的。

Go 的汇编语法其实很简单，它是准抽象的汇编语言，为什么叫准抽象？Go 本来的汇编语言是希望大一统，有什么X86-64，Arm64，大家只要写一种汇编语言就可以。实现起来后发现大部分做不到，最后只能保留差异，统一了风格，再输出机器码，所以叫准抽象的汇编语言。再有就是它的AT&T的风格，从左到右的写法，就是指令级在最左边，中间设几个参数，然后放目标寄存器或者目标，其他的嘛，各个平台就完全不一样了。

2.1 汇编语法例子

  这个函数很复杂，c=a+b，然后返回。第一步怎么做呢？我把这个函数名搬下来，这个英文SB实际上是告诉汇编器是说这个东西是static base，基于静态地址寻址。 刚才讲的TEXT区，这是告诉汇编器说你从这里开始找，不要从别的地方找，汇编器说，行，我直接把地址编进去，就这么简单。  还记得例子里刚才我们看到三个参数，abc，都是 int64，一个 int64多少字节？8个字节哈，所以这个栈帧长24个字节。注意这里有对齐的问题，其他平台不一定是24，不过为了简单理解，我把24放到这里来。

2.2 例子代码讲解

第一步是move指令

就是把一个数据从一个地方挪到另外一个地方，简单就是把ab两个数据放寄存器R1、R2里面，这里面多一个东西，FP，就是 Frame Pointer，刚才讲到栈帧保存参数和临时存储的数据的地方。 这就是就是FP开始寻址，FP指栈帧的最低位。你把a拿出来，从0开始寻，挪到R1里面，把B拿出来，是不是8个字节，然后就把它存到R2里面。

第三步，R3=a+b。

最后把R3里面的数据放回C的参数返回，Return。

 大家到现在就已经学会汇编语言了。

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