你买来的每一台机器，出厂时就已经被调好了。有人替你选定了内存时序、频率调节策略、预取器设置，以及另外上百个默认值，而他们是按一个通用负载来选的——那多半不是你的负载。我们把这些选择当成硬件本来的样子，但它们其实是选择，而性能上的决定从来都不是免费的。哪怕是好的决定也有代价，只不过代价花在了你没去看的地方。

硬件预取器是我最喜欢的例子，因为它看上去全是好处。现代的 Intel 核心会盯着你的内存访问，一旦它觉得看出了某种规律，就会在你开口之前把接下来的缓存行拉进缓存。猜对了，数据就等在那儿，这次读取几乎不要钱。在跑这套东西的 Xeon 上，一共有四个这样的预测器：一个 L2 流预取器、一个 L2 相邻缓存行预取器，还有两个在 L1，即数据缓存的下一行预取器和 IP 历史预取器。它们默认全开，而且大多数时候谁也不会去想它们。

容易被忘掉的是下面这一点。缓存是有限的。预取器投机拉进来的每一行，都得顶掉一行本来就在那儿的数据。预测对了，你赚了；预测错了，你要付两次钱：一次是为一趟根本不需要的取数付出的内存带宽，另一次——也是更贵的那次——是因为你换出了一行还活着的数据，把一次未来的命中变成了未命中。一次糟糕预取的代价不在于那趟取数，而在于你为它腾地方而丢掉的东西。预取用换出并使之失效的缓存内容作为机会成本，换来了对延迟的掩盖。

对于那种又长又线性、可预测的扫描负载来说，这笔买卖很划算。可对于一个到处追逐指针、或者数据只流过一次、或者故意以不可预测的顺序遍历哈希表的负载来说，预测器可能会系统性地猜错，那它就不再是补贴，而是一笔你在任何只统计自己指令的性能分析器里都看不见的税。

这些旋钮并不神秘。在某些机器上，你可以在 BIOS 里开关这些预取器。但 BIOS 里的设置是整机一刀切的，而且改一次就得重启，这让它在我真正想做的事情——测量——面前几乎没用。一个必须重启才能切换的设置，你没法拿它做 A/B 对比，更别提给同一台机器上的两个进程分别设不同的值了。所以我想回答的问题更窄、也更实际：如果把这个特性暴露给用户，按核心，放进 /proc，让它可以轻松地拿来做基准测试，会怎么样？

于是我把它做了出来。这是给主线 Linux 内核打的一个小补丁。每个任务都带着一份掩码，标明它想关掉哪些预取器；内核在上下文切换时写入 Intel 的 MSR_MISC_FEATURE_CONTROL（0x1A4），于是这个设置会跟着进程走，无论它被调度到哪个 CPU 上。用户态通过一个出现在每个进程下的目录来控制它：

ls /proc/self/prefetch_disable/
# l1_ip  l1_stream  l2_adjacent  l2_stream

echo 1 > /proc/self/prefetch_disable/l1_stream   # 关掉 L1 下一行预取器
echo 1 > /proc/self/prefetch_disable/l1_ip        # 再关掉 L1 IP 历史预取器
cat /proc/self/prefetch_disable/l2_stream         # 0 == 仍然开启

每个文件不是 1（这个预取器对该任务关闭）就是 0（开启）。一个进程可以设置自己的，或者在权限允许的情况下设置另一个进程的——当你想拖慢的那个东西并不是握着 shell 的那个进程时，这一点就很要紧。

文件 预取器
l2_stream L2 硬件流预取器
l2_adjacent L2 相邻缓存行（128 字节一对）预取器
l1_stream L1 数据缓存下一行预取器
l1_ip L1 数据缓存 IP 历史预取器

这里有一个确实有意思的小麻烦。这个寄存器是按核心算的，而一个核心有两个超线程共用它。所以"这个进程想关掉 L2 预取器"并不是单个线程能独自回答的问题。我用保守的方式解决了它：只要同一核心上任意一个兄弟线程要求关闭，这个预取器就在该核心上被关闭。对于隔离某个效应来说这是正确的默认值，而当你故意把两个进程放到同一个核心的两个线程上、观察它们相互干扰时，这恰恰是你想要的配置。为了让整件事便宜到可以一直开着，每个核心都会缓存它已经写入的值，于是真正的寄存器只在生效设置发生变化时才被写入，而不是每次上下文切换都写。

在它旁边，我还留着一个未经修改、其余部分完全相同的内核作为基线。这是把三件不同的事分开来的唯一诚实办法：这个特性存在的代价、使用它的代价，以及预取器本身的效应。

这就说到了我一开始为什么想要它。我有两样我在乎的存储软件，goblin-store.dev 和 goblin-core.dev，它们的访问模式并不通用。存储引擎一辈子都在非常刻意地决定：碰哪些字节、按什么顺序碰。这正是那种代码——硬件对我接下来会读什么所做的猜测，可能在帮我，也可能在悄悄换出我马上就要用的那些页。我想拿它们去跑一台已经不再瞎猜的机器，看看结果往哪边动。而旋钮一旦存在，就很难忍住不把它对准别的东西——比如 Python 解释器，那玩意儿不过是把指针追逐打扮成了一门语言。

这件事有一个让人谦卑的版本，和一个好笑的版本，而它们也许是同一个版本。这些年我一直是在预取器开着的情况下给这套软件调优的，也就是说我做过的每一个布局决定，都是在它们在场的前提下做出的。也许它们一直在拯救一个我本该去修的数据结构；也许它们一直在跟一套精心设计的访问模式对着干，而我一直在围着这份损害做优化。要真是我们一路以来都做错了选择，那可就有意思了——不是因为我们推理得糟，而是因为我们是在一个没人专门替我们选过的默认值之上推理的。

我还没有数字。工具已经做好，机器此刻正带着打过补丁的内核启动。但这套搭建本身，就是我想先讲的那个论点：默认值是一种猜测，猜测是有代价的，在信任它之前，我至少能做的，是给它装上一个我能随手拨动的开关。