assembly - Ivy 桥上RDRAND的耗竭特性是什么？

Question

审核后Intel Digital Random Number Generator (DRNG) Software Implementation Guide , 我有几个问题，当 RDRAND 时生成器的内部状态会发生什么变化被调用。不幸的是，答案似乎不在指南中。

根据指南，在 DRNG 内部有四个 128 位缓冲区，为 RDRAND 提供随机位服务。排水。 RDRAND根据目标寄存器的宽度，它本身将提供 16、32 或 64 位的随机数据:

rdrand ax   ; put 16 random bits in ax
rdrand eax  ; put 32 random bits in eax
rdrand rax  ; put 64 random bits in rax

使用更大的目标寄存器会更快地清空那些 128 位缓冲区吗？例如，如果我只需要 2 位随机性，我是否应该在 64 位寄存器上使用 16 位寄存器？这会对 DRNG 的吞吐量产生什么影响吗？我想避免消耗不必要的随机性。

指南说进位标志将在 RDRAND 之后设置执行:

CF = 1   Destination register valid. Non-zero random value
         available at time of execution. Result placed in register.
CF = 0   Destination register all zeros. Random value not available
         at time of execution. May be retried.

“不可用”是什么意思？随机数据是否不可用，因为 RDRAND调用太快耗尽了那些 128 位缓冲区？或者不可用是否意味着 DRNG 未通过健康检查并且无法生成任何新数据？基本上，我试图了解 CF=0 是否可以仅仅因为缓冲区恰好在 RDRAND 时(暂时)为空而发生。被调用。

注意:我已经查看了 answers至 this question on throughput and latency of RDRAND ，但我正在寻找不同的信息。

谢谢!

Answer 1

第 1 部分。
拉 16、32 或 64 位有区别吗？

没有。

在 Ivy Bridge 上，无论目标寄存器的大小如何，CPU 内核都会通过与 DRNG 的内部通信链接拉取 64 位。因此，如果您读取 32 位，它会提取 64 位并丢弃上半部分。如果您读取 16 位，它会提取 64 位并丢弃前 3/4 位。

这在说明文档中没有描述，因为它可能不会在 future 的产品中继续适用。可以设计一个芯片来隐藏和使用 64 位字的未使用部分。然而，今天没有重要的性能要求来做到这一点。

为了获得最高的吞吐量，最有效的策略是从并行线程中拉取。这是因为芯片上的总线层次结构中存在并行性。指令的大部分时间是跨巴士的运输时间。并行执行该传输将使吞吐量随线程数量线性增加，最高可达 800MBytes/s。第二件事是使用 64 位 RdRands，因为它们每条指令获得更多数据。

第 2 部分。
CF=0 到底是什么意思？

这意味着“随机数据不可用”。这是因为在 CPU 内核没有关闭并读取更多寄存器的情况下，它无法获取数字的详细信息是不可用的，它不会这样做，因为它无法处理这些信息。

如果您吸干 DRNG 的输出缓冲区，您将获得下溢 (CF=0)，但您可以预期下一个 RdRand 会成功，因为 DRNG 速度很快。

如果 DRNG 失败(例如，在熵源中弹出一个晶体管并且它不再是随机的)，那么在线健康测试将检测到这一点并关闭 DRNG。那么你所有的 RdRand 调用都会产生 CF=0。

但是，在 Ivy Bridge 上，您将无法使缓冲区下溢。 DRNG 比它所连接的总线快一点。每单位时间(使用并行线程)提取更多数据的效果将是增加每个单独 RdRand 的执行时间，因为总线上的争用导致指令必须在 DRNG 的本地总线上排队等待。您永远无法拉得如此之快，否则 DRNG 将下溢。您将逐渐达到 800 MBytes/s。

这在文档中也没有描述，因为它可能不会在 future 的产品中继续适用。我们可以设想总线速度更快、内核速度更快并且 DRNG 能够下溢的产品。这些事情尚不为人所知，因此我们无法对它们做出任何声明。

仍然正确的是，软件实现者指南中给出的基本循环(最多尝试 10 次，然后在堆栈上报告失败)将继续在 future 的产品中工作，因为我们已经声明它将如此我们将设计所有 future 的产品来满足这一点。

所以不，CF=0 不会发生，因为在 Ivy Bridge 上“当调用 RDRAND 时缓冲区恰好(暂时)为空”，但它可能会发生在 future 的芯片上，所以设计你的软件来应对。