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以下代码是我们的讲师提供给我们的，因此我们可以测量一些算法的性能：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

static unsigned cyc_hi = 0, cyc_lo = 0;

static void access_counter(unsigned *hi, unsigned *lo) {
    asm("rdtsc; movl %%edx,%0; movl %%eax,%1"
    : "=r" (*hi), "=r" (*lo)
    : /* No input */
    : "%edx", "%eax");
}

void start_counter() {
    access_counter(&cyc_hi, &cyc_lo);
}

double get_counter() {
    unsigned ncyc_hi, ncyc_lo, hi, lo, borrow;
    double result;

    access_counter(&ncyc_hi, &ncyc_lo);

    lo = ncyc_lo - cyc_lo;
    borrow = lo > ncyc_lo;
    hi = ncyc_hi - cyc_hi - borrow;

    result = (double) hi * (1 << 30) * 4 + lo;

    return result;
}

但是，我需要将此代码移植到具有不同 CPU 频率的机器上。为此，我正在尝试计算运行代码的机器的 CPU 频率，如下所示：

int main(void)
{
    double c1, c2;

    start_counter();

    c1 = get_counter();
    sleep(1);
    c2 = get_counter();

    printf("CPU Frequency: %.1f MHz\n", (c2-c1)/1E6);
    printf("CPU Frequency: %.1f GHz\n", (c2-c1)/1E9);

    return 0;
}

问题是结果总是0，我不明白为什么。我在 VMware 上以访客身份运行 Linux (Arch)。

在朋友的机器（MacBook）上它在某种程度上可以工作；我的意思是，结果大于 0，但它是可变的，因为 CPU 频率不是固定的（我们试图修复它，但由于某种原因我们无法做到）。他有另一台运行 Linux (Ubuntu) 作为主机的机器，它也报告 0。这排除了虚拟机上的问题，我最初认为这是问题所在。

任何想法为什么会发生这种情况，我该如何解决？

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5 回答 5

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好的，由于其他答案没有帮助，我将尝试更详细地解释。问题是现代 CPU 可以乱序执行指令。你的代码开始是这样的：

rdtsc
push 1
call sleep
rdtsc

但是，现代 CPU不一定按原始顺序执行指令。尽管您有原始订单，但 CPU （大部分）可以自由执行，就像：

rdtsc
rdtsc
push 1
call sleep

在这种情况下，很清楚为什么两个rdtscs 之间的差异会（至少非常接近）0。为了防止这种情况，您需要执行一条 CPU永远不会重新排列以乱序执行的指令。最常用的指令是CPUID. 我链接的另一个答案应该（如果有记忆的话）大致从那里开始，关于CPUID正确/有效地使用此任务所需的步骤。

当然，Tim Post 可能是对的，而且您也看到由于虚拟机而出现的问题。尽管如此，就目前而言，不能保证您的代码即使在真实硬件上也能正常工作。

编辑：至于代码为什么会起作用：嗯，首先，指令可以乱序执行的事实并不能保证它们会如此。其次，有可能（至少一些实现）sleep包含序列化指令，防止rdtsc围绕它重新排列，而其他不（或可能包含它们，但仅在特定（但未指定）情况下执行它们）。

剩下的就是几乎任何重新编译都会改变的行为，甚至只是在一次运行和下一次运行之间。它可以连续数十次产生极其准确的结果，然后由于某些（几乎）完全无法解释的原因而失败（例如，完全在某些其他过程中发生的事情）。

于 2010-05-11T21:47:05.277 回答
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我不能确定你的代码到底有什么问题，但你为这么简单的指令做了很多不必要的工作。我建议您rdtsc大幅简化代码。您不需要进行 64 位数学运算，也不需要将该操作的结果存储为双精度数。您不需要在内联 asm 中使用单独的输出，您可以告诉 GCC 使用 eax 和 edx。

这是此代码的一个大大简化的版本：

#include <stdint.h>

uint64_t rdtsc() {
    uint64_t ret;

# if __WORDSIZE == 64
    asm ("rdtsc; shl $32, %%rdx; or %%rdx, %%rax;"
        : "=A"(ret)
        : /* no input */
        : "%edx"
    );
#else
    asm ("rdtsc" 
        : "=A"(ret)
    );
#endif
    return ret;
}

此外，您应该考虑打印出您从中获得的值，以便查看您是否获得了 0 或其他内容。

于 2010-05-11T22:15:32.027 回答
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至于 VMWare，请查看时间保持规范（PDF 链接）以及此线程。TSC 指令是（取决于客户操作系统）：

  • 直接传递给真实硬件（PV guest）
  • VM 在主机处理器（Windows / 等）上执行时计算周期

请注意，在 #2 中， VM 正在主机处理器上执行。如果我没记错的话，Xen 也会出现同样的现象。从本质上讲，您可以期望代码在半虚拟化客户机上按预期工作。如果被模拟，期望硬件像一致性是完全不合理的。

于 2010-05-11T22:01:49.983 回答
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您忘记volatile在 asm 语句中使用，因此您告诉编译器该asm语句每次都会产生相同的输出，就像纯函数一样。（volatile仅对asm没有输出的语句隐含。）

这解释了为什么你得到的结果正好为零：编译器end-start在0编译时通过 CSE（公共子表达式消除）进行了优化。

请参阅我关于获取 CPU 周期数的答案？对于__rdtsc()内在的，@Mysticial 的答案有工作 GNU C 内联汇编，我将在这里引用：

// prefer using the __rdtsc() intrinsic instead of inline asm at all.
uint64_t rdtsc(){
    unsigned int lo,hi;
    __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=a" (lo), "=d" (hi));
    return ((uint64_t)hi << 32) | lo;
}

这适用于 32 位和 64 位代码。

于 2018-08-18T13:01:35.823 回答
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嗯，我不是很肯定，但我怀疑问题可能出在这一行：

结果 = (双) hi * (1 << 30) * 4 + lo;

我怀疑您是否可以安全地在“无符号”中进行如此巨大的乘法运算……那通常不是32位数字吗？...只是您无法安全地乘以 2^32 并且必须将其作为额外的“* 4”附加到最后添加到 2^30 的事实已经暗示了这种可能性...您可能需要将每个子组件 hi 和 lo 转换为双精度（而不是最后的单个）并使用两个双精度进行乘法运算

于 2011-11-09T14:17:24.540 回答