我试图找出是否有任何想法来了解我的C代码正在运行的系统的CPU频率。
为了澄清，我正在寻找一个抽象的解决方案（一个不会与特定架构或操作系统绑定的解决方案），它可以让我了解我的代码正在执行的计算机的运行频率。我不需要准确，但我想进入球场（即我有一个2.2GHz的处理器，我希望能够在我的程序中告诉我我在几百之内）那个MHz）
有没有人有想法使用标准C代码？
答案 0 :(得分：9)
可以找到一种通用解决方案，可以正确地为一个线程或多个线程获取工作频率。这不需要管理员/ root权限或访问模型特定的寄存器。我已经在Linux和Windows上对英特尔处理器进行了测试，包括Nahalem，Ivy Bridge和Haswell，一个插槽最多四个插槽（40个线程）。结果与正确答案的偏差均小于0.5％。在我向您展示如何做之前，让我展示一下结果（来自GCC 4.9和MSVC2013）：
Linux: E5-1620 (Ivy Bridge) @ 3.60GHz
1 thread: 3.789, 4 threads: 3.689 GHz: (3.8-3.789)/3.8 = 0.3%, 3.7-3.689)/3.7 = 0.3%
Windows: E5-1620 (Ivy Bridge) @ 3.60GHz
1 thread: 3.792, 4 threads: 3.692 GHz: (3.8-3.789)/3.8 = 0.2%, (3.7-3.689)/3.7 = 0.2%
Linux: 4xE7-4850 (Nahalem) @ 2.00GHz
1 thread: 2.390, 40 threads: 2.125 GHz:, (2.4-2.390)/2.4 = 0.4%, (2.133-2.125)/2.133 = 0.4%
Linux: i5-4250U (Haswell) CPU @ 1.30GHz
1 thread: within 0.5% of 2.6 GHz, 2 threads wthin 0.5% of 2.3 GHz
Windows: 2xE5-2667 v2 (Ivy Bridge) @ 3.3 GHz
1 thread: 4.000 GHz, 16 threads: 3.601 GHz: (4.0-4.0)/4.0 = 0.0%, (3.6-3.601)/3.6 = 0.0%
我从这个链接中得到了这个想法 http://randomascii.wordpress.com/2013/08/06/defective-heat-sinks-causing-garbage-gaming/
要做到这一点，你首先要做的就是20年前做的事。你用循环编写一些代码，你知道它的延迟和时间。这是我使用的：
static int inline SpinALot(int spinCount)
{
__m128 x = _mm_setzero_ps();
for(int i=0; i<spinCount; i++) {
x = _mm_add_ps(x,_mm_set1_ps(1.0f));
}
return _mm_cvt_ss2si(x);
}
这具有承载循环依赖性，因此CPU无法对此进行重新排序以减少延迟。每次迭代总是需要3个时钟周期。操作系统不会将线程迁移到另一个核心，因为我们将绑定线程。
然后在每个物理核心上运行此功能。我用OpenMP做到了这一点。必须为此绑定线程。在使用GCC的linux中，您可以使用export OMP_PROC_BIND=true绑定线程，并假设您拥有ncores物理核心也export OMP_NUM_THREADS=ncores。如果要以编程方式绑定并查找英特尔处理器的物理内核数，请参阅programatically-detect-number-of-physical-processors-cores-or-if-hyper-threading和thread-affinity-with-windows-msvc-and-openmp。
void sample_frequency(const int nsamples, const int n, float *max, int nthreads) {
*max = 0;
volatile int x = 0;
double min_time = DBL_MAX;
#pragma omp parallel reduction(+:x) num_threads(nthreads)
{
double dtime, min_time_private = DBL_MAX;
for(int i=0; i<nsamples; i++) {
#pragma omp barrier
dtime = omp_get_wtime();
x += SpinALot(n);
dtime = omp_get_wtime() - dtime;
if(dtime<min_time_private) min_time_private = dtime;
}
#pragma omp critical
{
if(min_time_private<min_time) min_time = min_time_private;
}
}
*max = 3.0f*n/min_time*1E-9f;
}
最后在循环中运行采样器并打印结果
int main(void) {
int ncores = getNumCores();
printf("num_threads %d, num_cores %d\n", omp_get_max_threads(), ncores);
while(1) {
float max1, median1, max2, median2;
sample_frequency(1000, 1000000, &max2, &median2, ncores);
sample_frequency(1000, 1000000, &max1, &median1,1);
printf("1 thread: %.3f, %d threads: %.3f GHz\n" ,max1, ncores, max2);
}
}
我没有在AMD处理器上测试过这个。我认为带有模块的AMD处理器（例如Bulldozer）必须绑定到每个模块而不是每个AMD“核心”。这可以通过GCC export GOMP_CPU_AFFINITY来完成。您可以在https://bitbucket.org/zboson/frequency找到一个完整的工作示例，该示例适用于英特尔处理器上的Windows和Linux，并且可以正确地找到英特尔处理器的物理内核数量（至少从Nahalem开始）并将它们绑定到每个物理内核（不使用MSVC没有的OMP_PROC_BIND。
由于SSE，AVX和AVX512的频率调整程度不同，这种方法必须针对现代处理器进行一些修改。
这是我在使用四个Xeon 6142处理器（每个处理器16个核心）修改我的方法（参见表后代码）后得到的新表。
sums 1-thread 64-threads
SSE 1 3.7 3.3
SSE 8 3.7 3.3
AVX 1 3.7 3.3
AVX 2 3.7 3.3
AVX 4 3.6 2.9
AVX 8 3.6 2.9
AVX512 1 3.6 2.9
AVX512 2 3.6 2.9
AVX512 4 3.5 2.2
AVX512 8 3.5 2.2
这些数字与此表中的频率一致 https://en.wikichip.org/wiki/intel/xeon_gold/6142#Frequencies
有趣的是，我现在需要至少做4个并行和来实现更低的频率。 Skylake上的addps延迟是4个时钟周期。这些可以转到两个端口（AVX512端口0和1保险丝计数，一个AVX512端口，其他AVX512操作转到端口5）。
这是我如何做八个平行和。
static int inline SpinALot(int spinCount) {
__m512 x1 = _mm512_set1_ps(1.0);
__m512 x2 = _mm512_set1_ps(2.0);
__m512 x3 = _mm512_set1_ps(3.0);
__m512 x4 = _mm512_set1_ps(4.0);
__m512 x5 = _mm512_set1_ps(5.0);
__m512 x6 = _mm512_set1_ps(6.0);
__m512 x7 = _mm512_set1_ps(7.0);
__m512 x8 = _mm512_set1_ps(8.0);
__m512 one = _mm512_set1_ps(1.0);
for(int i=0; i<spinCount; i++) {
x1 = _mm512_add_ps(x1,one);
x2 = _mm512_add_ps(x2,one);
x3 = _mm512_add_ps(x3,one);
x4 = _mm512_add_ps(x4,one);
x5 = _mm512_add_ps(x5,one);
x6 = _mm512_add_ps(x6,one);
x7 = _mm512_add_ps(x7,one);
x8 = _mm512_add_ps(x8,one);
}
__m512 t1 = _mm512_add_ps(x1,x2);
__m512 t2 = _mm512_add_ps(x3,x4);
__m512 t3 = _mm512_add_ps(x5,x6);
__m512 t4 = _mm512_add_ps(x7,x8);
__m512 t6 = _mm512_add_ps(t1,t2);
__m512 t7 = _mm512_add_ps(t3,t4);
__m512 x = _mm512_add_ps(t6,t7);
return _mm_cvt_ss2si(_mm512_castps512_ps128(x));
}
答案 1 :(得分：9)
为了完整起见，已经有一个简单，快速，准确的用户模式解决方案，具有巨大的缺点：它仅适用于Intel Skylake，Kabylake和更新的处理器。确切的要求是CPUID级别16h支持。根据英特尔软件开发人员手册325462第59版，第770页：
CPUID.16h.EAX =处理器基频（以MHz为单位）;
CPUID.16h.EBX =最高频率（以MHz为单位）;
CPUID.16h.ECX =总线（参考）频率（以MHz为单位）。
Visual Studio 2015示例代码：
#include <stdio.h>
#include <intrin.h>
int main(void) {
int cpuInfo[4] = { 0, 0, 0, 0 };
__cpuid(cpuInfo, 0);
if (cpuInfo[0] >= 0x16) {
__cpuid(cpuInfo, 0x16);
//Example 1
//Intel Core i7-6700K Skylake-H/S Family 6 model 94 (506E3)
//cpuInfo[0] = 0x00000FA0; //= 4000 MHz
//cpuInfo[1] = 0x00001068; //= 4200 MHz
//cpuInfo[2] = 0x00000064; //= 100 MHz
//Example 2
//Intel Core m3-6Y30 Skylake-U/Y Family 6 model 78 (406E3)
//cpuInfo[0] = 0x000005DC; //= 1500 MHz
//cpuInfo[1] = 0x00000898; //= 2200 MHz
//cpuInfo[2] = 0x00000064; //= 100 MHz
//Example 3
//Intel Core i5-7200 Kabylake-U/Y Family 6 model 142 (806E9)
//cpuInfo[0] = 0x00000A8C; //= 2700 MHz
//cpuInfo[1] = 0x00000C1C; //= 3100 MHz
//cpuInfo[2] = 0x00000064; //= 100 MHz
printf("EAX: 0x%08x EBX: 0x%08x ECX: %08x\r\n", cpuInfo[0], cpuInfo[1], cpuInfo[2]);
printf("Processor Base Frequency: %04d MHz\r\n", cpuInfo[0]);
printf("Maximum Frequency: %04d MHz\r\n", cpuInfo[1]);
printf("Bus (Reference) Frequency: %04d MHz\r\n", cpuInfo[2]);
} else {
printf("CPUID level 16h unsupported\r\n");
}
return 0;
}
答案 2 :(得分：6)
您如何发现CPU频率取决于架构和操作系统，并且没有抽象的解决方案。
如果我们20多年前你使用的操作系统没有上下文切换，并且CPU按顺序执行了给出的指令，你可以在循环中编写一些C代码并计时，然后根据程序集进行处理编译成计算运行时的指令数。这已经假设每条指令需要1个时钟周期，这是自流水线处理器以来的一个相当差的假设。
但任何现代操作系统都会在多个进程之间切换。即使这样，您也可以尝试计算一堆相同的for循环运行时间（忽略页面错误所需的时间以及处理器可能停止的其他多种原因）并获得中值。
即使以前的解决方案有效，您也可以使用多个问题处理器。使用任何现代处理器，重新订购指令，在同一时钟周期内发布一堆指令，甚至在核心之间拆分它们都是公平的游戏。
答案 3 :(得分：2)
CPU频率与硬件相关，因此没有可用于获取它的通用方法，它还取决于您使用的操作系统。
例如，如果您使用的是Linux，则可以读取文件 / proc / cpuinfo ，也可以解析 dmesg 启动日志以获取此值，或者如果您需要，您可以在此处查看Linux内核如何处理此内容并尝试自定义代码以满足您的需求：
https://github.com/torvalds/linux/blob/master/arch/x86/kernel/cpu/proc.c
问候。
答案 4 :(得分：0)
我想从软件中获取时钟频率的一种方法是将硬件参考手册（HRM）的硬编码硬编码到软件中。您可以从软件中读取时钟配置寄存器。假设您知道源时钟频率，软件可以使用时钟寄存器中的乘法器和除数值，并应用HRM中提到的适当公式来推导时钟频率。