使用计时器来测量代码性能

在性能优化的时候，我们首先要做的是确定优化目标，即要定位最耗时的代码段 (在之前需要做架构和设计方案的优化，只有先确保房子盖的坚固没问题，才去考虑装修的事)。通常的做法就是加一些计时代码来测量代码的执行时间，看是否符合预期。那么本文就介绍一些与计时相关的一些知识。

可用的计时方法

• 汇编指令RDTSC
• GetTickCount()
• timeGetTime()
• QueryPerformanceCount()

关于RDTSC指令

• Intel Pentium系列以后的所有处理器中都包含一个64 bit的寄存器TSC, 该寄存器保存CPU重置后经过的指令周期数。而RDTSC指令就是用来读取该寄存器值，通过EDX:EAX返回。并不是所有的处理器都包含该寄存器，如Cyrix 6x86。在Linux下，如果/proc/cpuinfo包含rdtscp，那么处理器支持TSC。
• 当代码运行在多核或支持超线程的处理器环境，或支持休眠的操作系统中时，要小心使用RDTSC指令。因为多CPU下的TSC并不会保持同步，而系统休眠时会改变处理器的工作频率。
• Intel Pentium Pro以后的处理器支持指令重排优化，也就是说RDTSC的执行顺序可能会被改变，从而计算了错误的指令执行时间。为了防止这种情况出现，可以先执行一些序列化指令，如CPUID。
• 在Windows平台中，微软不建议使用TSC作为高精度的计时器，建议使用QueryPerformanceCounter()和QueryPerformanceFrequency()。Linux平台下有类似的函数，clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC).

UINT64 readtsc(void) {#if defined(__GNUC__)#   if defined(__i386__)    uint64_t x;    __asm__ volatile (".byte 0x0f, 0x31" : "=A" (x));    return x;#   elif defined(__x86_64__)    uint32_t hi, lo;    __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=a"(lo), "=d"(hi));    return ((uint64_t)lo) | ((uint64_t)hi << 32);#   else#       error Unsupported architecture.#   endif#elif defined(_MSC_VER)    __asm {        return __rdtsc();    }#else#   error Other compilers not supported...#endif}

将机器指令周期转换为时间

• 首先要获取CPU的主频，一般忽略因系统休眠而产生的变频问题。在Windows下，可以读取注册表值：HKLM\HARDWARE\DESCRIPTION\System\CentralProcessor\N\~MHz，也可直接调用QueryPerformanceFrequency()。在Linux下，可以读取/proc/cpuinfo。
• 时间差 = 指令周期差 / CPU主频

如何精确测量代码的运行时间

• 根据你的需要来选择测量方法，GetTickCount()和timeGetTime()提供ms级精度，但是它们比RDTSC和QueryPerformanceCount()更稳定。
• 减少代码被中断的机会：尽量减少需要测量的代码量(减少线程被切换的机会)；尽量减小需要访问的内存(缓存命中、缺页、内存对齐等都会影响运行时间变化)；提高线程优先级；
• Cache warming: 将数据和指令提前放入缓存。
• 多次测量取最小值。
• QueryPerformanceCounter()使用多种方式来获取时间计数值，如在单处理器Intel平台中可能由RDTSC实现，其它平台下也可能通过专用的高精度硬件计时器。因此，QueryPerformanceCounter()本身的调用开销相对于RDTSC指令要高昂的多，在一些较小任务的计时操作时不得不考虑该因素。此外，在多处理器平台中，建议通过SetThreadAffinityMask()来限制线程的执行处理器，从而克服多处理器的时钟不同步问题。但是，SetThreadAffinityMask()会极大的影响系统的调度策略，一般会对性能造成影响，此时可以考虑SetThreadIdealProcessor().
  

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