Question

#include <stdio.h>
static inline unsigned long long tick() 
{
        unsigned long long d;
        __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=A" (d) );
        return d;
}

int main()
{
        long long res;
        res=tick();

        res=tick()-res;
        printf("%d",res);
        return 0;
}

我用gcc编译了这段代码-O0 -O1 -O2 -O3优化。我总是得到2000-2500个周期。任何人都可以解释这个输出的原因吗？如何度过这些周期？

~~第一个函数“tick”错误。这是对的~~。

另一个版本的函数“tick”

static __inline__ unsigned long long tick()
{
  unsigned hi, lo;
  __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=a"(lo), "=d"(hi));
  return ( (unsigned long long)lo)|( ((unsigned long long)hi)<<32 );
}

这是-O3

的汇编代码

 .file  "rdtsc.c"
.section    .rodata.str1.1,"aMS",@progbits,1
.LC0:
    .string "%d"
    .text
    .p2align 4,,15
.globl main
    .type   main, @function
main:
    leal    4(%esp), %ecx
    andl    $-16, %esp
    pushl   -4(%ecx)
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    subl    $40, %esp
    movl    %ecx, -16(%ebp)
    movl    %ebx, -12(%ebp)
    movl    %esi, -8(%ebp)
    movl    %edi, -4(%ebp)
#APP
# 6 "rdtsc.c" 1
    rdtsc
# 0 "" 2
#NO_APP
    movl    %edx, %edi
    movl    %eax, %esi
#APP
# 6 "rdtsc.c" 1
    rdtsc
# 0 "" 2
#NO_APP
    movl    %eax, %ecx
    movl    %edx, %ebx
    subl    %esi, %ecx
    sbbl    %edi, %ebx
    movl    %ecx, 4(%esp)
    movl    %ebx, 8(%esp)
    movl    $.LC0, (%esp)
    call    printf
    movl    -16(%ebp), %ecx
    xorl    %eax, %eax
    movl    -12(%ebp), %ebx
    movl    -8(%ebp), %esi
    movl    -4(%ebp), %edi
    movl    %ebp, %esp
    popl    %ebp
    leal    -4(%ecx), %esp
    ret
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (Debian 4.3.2-1.1) 4.3.2"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

这是CPU

processor   : 0
vendor_id   : GenuineIntel
cpu family  : 15
model       : 4
model name  : Intel(R) Xeon(TM) CPU 3.00GHz
stepping    : 3
cpu MHz     : 3000.105
cache size  : 2048 KB
fdiv_bug    : no
hlt_bug     : no
f00f_bug    : no
coma_bug    : no
fpu     : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level : 5
wp      : yes
flags       : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush dts acpi mmx fxsr sse sse2 ss constant_tsc up pebs bts pni
bogomips    : 6036.62
clflush size    : 64

Answer 1

我已经在不同英特尔CPU上运行的几个Linux发行版上尝试过你的代码（不可否认，它们比你似乎使用的Pentium 4 HT 630更新）。在所有这些测试中，我得到的值在25到50个周期之间。

我唯一的假设是，与所有证据一致的是，您在虚拟机内运行操作系统而不是裸机，并且TSC正在虚拟化。

Answer 2

有很多理由可以获得大量数据：

操作系统执行了上下文切换，您的进程进入了休眠状态。
发生磁盘搜索，您的进程已进入休眠状态。
......为什么你的流程可能被忽略的一系列原因。

请注意，rdtsc对于没有工作的时间安排并不是特别可靠，因为：

处理器速度可能会发生变化，因此周期的长度（以秒为单位）会发生变化。
对于给定的时刻，不同的处理器可能具有不同的TSC值。

大多数操作系统都具有高精度时钟或定时方法。例如，Linux上的clock_gettime，特别是单调时钟。（了解挂钟和单调时钟之间的区别：挂钟可以向后移动 - 即使是UTC。）在Windows上，我认为建议是QueryHighPerformanceCounter。通常，这些时钟可为大多数需求提供足够的精度。

另外，看一下这个程序集，看起来你得到的答案只有32位：%edx后我没有看到rdtsc被保存。

运行代码，clock_gettime使用CLOCK_MONOTONIC获得120-150 ns的时序，rdtsc获得70-90个周期（全速约20 ns，但我怀疑处理器是时钟控制的）下来，这真的大约50 ns）。（在一个~~笔记本电脑~~桌面上（忘了SSH，忘了我在哪台机器上！），CPU占用率一直在20％左右）当然你的机器没有陷入困境？

Answer 3

看起来您的操作系统禁用了用户空间中RDTSC的执行。你的应用程序必须切换到内核并返回，这需要很多周期。

这来自英特尔软件开发人员手册：

当处于受保护或虚拟8086模式时，时间戳禁用（TSD）标志位于寄存器CR4限制使用RDTSC指令，如下所示。当TSD标志很清楚，RDTSC指令可以在任何权限级别执行;当国旗如果设置，该指令只能在特权级别0执行。（在实地址时模式，始终启用RDTSC指令。）

修改

回答aix的评论，我解释一下，为什么TSD很可能就是这里的原因。

我只知道程序执行单个指令的可能性比平常更长：

在某个模拟器下运行，

使用自修改代码，

上下文切换，

内核切换。

前两个原因通常不能延迟执行超过几百个周期。对于上下文/内核切换，2000-2500个周期更为典型。但实际上不可能在同一个地方多次捕获上下文切换。所以它应该是内核切换。这意味着程序在调试器下运行，或者在用户模式下不允许RDTSC。

操作系统禁用RDTSC的最可能原因可能是安全性。有人试图使用RDTSC破解加密程序。

Answer 4

指令缓存未命中？（这是我的猜测）

另外，可能

切换到虚拟化系统中的虚拟机管理程序？程序引导程序的遗留物（包括同一CPU上的网络活动）？

To Thanatos：在比2008年更近的系统上，rdtsc（）是一个挂钟，不随频率步长而变化。

你可以试试这个小代码吗？

int main()
{   
    long long res;

    fflush(stdout);           // chnage the exact timing of stdout, in case there is something to write in a ssh connection, together with its interrupts

    for (int pass = 0; pass < 2; pass++)
    {
    res=tick();
    res=tick()-res;
    }
    printf("%d",res);     // ignore result on first pass, display the result on second pass.
    return 0;
}

Answer 5

只是一个想法 - 也许这两个rdtsc指令在不同的核心上执行？ rdtsc值可能会因核心而略有不同。

rdtsc，周期太多了

5 个答案: