Question

我们的教师向我们提供了以下代码，因此我们可以测量一些算法性能：

#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频率的计算机上。为此，我试图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，我无法理解为什么。我在VMware上作为嘉宾运行Linux（Arch）。

在朋友的机器上（MacBook），它在某种程度上起作用;我的意思是，结果大于0但它是可变的，因为CPU频率没有固定（我们试图修复它但由于某种原因我们无法做到）。他有一台运行Linux（Ubuntu）作为主机的不同机器，它也报告了0.这排除了虚拟机上的问题，我认为这是最初的问题。

为什么会发生这种情况的任何想法以及如何解决？

Answer 1

好的，由于其他答案没有帮助，我会尝试详细解释。问题是现代CPU可以不按顺序执行指令。您的代码最初类似于：

rdtsc
push 1
call sleep
rdtsc

现代CPU 不必须按照原始顺序执行指令。尽管您的原始订单，CPU（大多数）可以自由执行，如：

rdtsc
rdtsc
push 1
call sleep

在这种情况下，很清楚为什么两个rdtsc之间的差异（至少非常接近）为了0.为了防止这种情况，你需要执行CPU将从不执行的指令重新排列以执行乱序。最常用的指令是CPUID。我链接的另一个答案（如果内存服务）大致从那里开始，关于正确/有效地使用CPUID执行此任务所需的步骤。

当然，Tim Post可能是正确的，并且你也因为虚拟机而看到了问题。尽管如此，正如它现在所说的那样，无法保证您的代码即使在真实硬件上也能正常工作。

编辑：为什么代码的工作原理：首先，指令可能无序执行的事实并不能保证它们< em>将成为。其次，sleep的（至少某些实现）可能包含阻止rdtsc在其周围重新排列的序列化指令，而其他指令则不包含（或者可能包含它们，但仅在特定的情况下执行它们）（但未指明）情况）。

你剩下的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。它可以连续几十次产生非常准确的结果，然后因某些（几乎）完全无法解释的原因而失败（例如，某些其他过程完全发生的事情）。

Answer 2

我不能确定你的代码究竟出了什么问题，但你正在为这么简单的指令做一些不必要的工作。我建议您大幅简化rdtsc代码。您不需要进行64位数学运算，并且您不需要将该操作的结果存储为double。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。

以下是此代码的大大简化版本：

#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;
}

另外你应该考虑打印掉你从中得到的值，这样你就可以看出你是否已经拿出0或其他东西。

Answer 3

对于VMWare，请查看the time keeping spec（PDF链接）以及this thread。 TSC指令（取决于客户操作系统）：

直接传递给真正的硬件（光伏客户）
计算周期，而 VM正在主机处理器上执行（Windows /等）

注意，在＃2中，而 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，您可以预期代码应该在半虚拟客户端上按预期工作。如果被模仿，那么期望硬件就像一致性完全是不合理的。

Answer 4

您忘记在asm语句中使用volatile ，因此您要告诉编译器，asm语句每次都会产生相同的输出，就像纯函数一样。（{volatile仅对没有输出的asm语句是隐式的。）

这说明了为什么精确地为零：编译器通过CSE（公共子表达式消除）在编译时将end-start优化为0。

有关__rdtsc()内在函数的信息，请参见Get CPU cycle count?上的答案，@ Mysticial的答案中包含有效的GNU C内联汇编，我将在此处引用：

// 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;
}

这对于32位和64位代码正确有效地工作。

Answer 5

嗯，我不是肯定的，但我怀疑问题可能在这一行内：

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

我怀疑你是否可以安全地在“无符号”中进行如此大的乘法......那通常不是32位数吗？ ...只是事实上你不能安全地乘以2 ^ 32并且不得不追加它作为额外的“* 4”添加到最后的2 ^ 30已经暗示了这种可能性......你可能需要将每个子组件hi和lo转换为double（而不是最后一个）并使用两个双精度进行乘法

使用RDTSC以C计算CPU频率始终返回0

5 个答案: