精确探测时间
来源:互联网 发布:淘宝宜家代购是真的吗 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 15:46
精确探测时间
RDTSC
rdtsc指令返回的是自开机始CPU的周期数,在Intel Pentium以上级别的CPU中,有一个称为“时间戳(Time Stamp)”的部件,它以64位无符号整型数的格式(高32在EDX,低32位在EAX),记录了自CPU上电以来所经过的时钟周期数。由于目前的CPU主频都非常高,因此这个部件可以达到 纳秒级的计时精度。
多核时代不宜再用 x86 的 RDTSC 指令测试指令周期和时间,原因有三:
- 不能保证同一块主板上每个核的 TSC 是同步的;
- CPU 的时钟频率可能变化,例如笔记本电脑的节能功能;
- 乱序执行导致 RDTSC 测得的周期数不准,这个问题从 Pentium Pro 时代就存在
具体讲解在http://blog.csdn.net/solstice/article/details/5196544
RDTSC 一般的用法是,先后执行两次,记下两个 64-bit 整数 start 和 end,那么 end-start 代表了这期间 CPU 的时钟周期数。在多核下,这两次执行可能会在两个 CPU 上发生,而这两个 CPU 的计数器的初值不一定相同(由于完成上电复位的准确时机不同),(有办法同步,见[3]),那么就导致 micro-benchmarking 的结果包含了这个误差,这个误差可正可负,取决于先执行的那块 CPU 的时钟计数器是超前还是落后。另外,对于计时这个用途,时间 = 周期数 / 频率,由于频率可能会变(比如我的笔记本的 CPU 通常半速运行在 800MHz,繁忙的时候全速运行在 1.6GHz),那么测得的时间也就不准确了。有的新 CPU 的 RDTSC 计数频率是恒定的,那么时钟是准了,那又会导致 micro-benchmarking 的结果不准,见 [2]。还有一个可能是掉电之后恢复(比如休眠),那么 TSC 会清零。 总之,用 RDTSC 来计时是不灵的。
现在处理器使用方案
虽然 RDTSC 废掉了,性能测试用的高精度计时还是有办法的 [2],在 Windows 用 QueryPerformanceCounter 和 QueryPerformanceFrequency,Linux 下用 POSIX 的 clock_gettime 函数,以 CLOCK_MONOTONIC 参数调用。或者按文献 [3] 的办法,先同步 TSC, 再使用它。(我不知道现在最新的 linux 官方内核是不是内置了这个同步算法。也不清楚校准后的两个 CPU 的“钟”会不会再次失步。)
[1] http://www.ccsl.carleton.ca/~jamuir/rdtscpm1.pdf
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Time_Stamp_Counter
[3] x86: unify/rewrite SMP TSC sync code http://lwn.net/Articles/211051/
测试代码
//linux下测试代码#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<linux/types.h>#define TIMES 100#define SIZE 1024__u64 rdtsc(){ __u32 lo,hi; __asm__ __volatile__ ( "rdtsc":"=a"(lo),"=d"(hi) ); return (__u64)hi<<32|lo;}int myfunction(){ int i; char *p = NULL; for(i = 0;i<TIMES;i++) { p = (char*)malloc(SIZE*sizeof(char)); if(p) { free(p); } else { printf("malloc failed when i = %d\n",i); } } return 0;}int test_rdtsc(){ __u64 begin; __u64 end; begin = rdtsc(); myfunction(); end = rdtsc(); printf("myfunction cost %llu CPU cycles\n",end-begin); return 0;}int main(){ test_rdtsc(); return 0;}
执行结果如下
root@libin:~/program/assembly/rdtsc# ./test
myfunction cost 310949 CPU cycles
WIN下QueryPerformanceCounter方法
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