•  26-10-2019
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题 

#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;
}

我已经用-O0 -O1 -O2 -O3优化将GCC编译为GCC。而且我总是得到2000-2500周期。谁能解释该输出的原因？如何花这些周期？

第一个功能“ tick”是错误的。这是正确的.

另一个版本的功能“ 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
有帮助吗？

解决方案

我已经在不同的Intel CPU上运行的几个Linux发行版上尝试了您的代码（诚然，与您似乎正在使用的Pentium 4 HT 630相比，所有的代码更新）。在所有这些测试中，我得到的值在25至50个周期之间。

我唯一与所有证据一致的假设是，您在虚拟机内而不是在裸机上运行操作系统，而TSC正在虚拟化。

其他提示

有很多理由获得大量的原因：

  • 操作系统进行了上下文开关，并且您的过程入睡。
  • 发生了一个磁盘，您的过程入睡。
  • …关于为什么您的过程可能会被忽略的任何原因。

注意 rdtsc 对于没有工作的时间并不是特别可靠的，因为：

  • 处理器速度可能会改变，因此，周期的长度（以秒为单位测量）会发生变化。
  • 对于给定的瞬间，不同的处理器可能具有不同的TSC值。

大多数操作系统都有高精度的时钟或时机方法。 clock_gettime 例如，在Linux上，尤其是单调时钟。 （也了解墙壁锁和单调时钟之间的区别：壁钟可以向后移动，即使在UTC中也可以移动。）在窗户上，我认为建议是 QueryHighPerformanceCounter. 。通常，这些时钟为大多数需求提供足够的精度。

另外，看大会，看来您只得到32位答案：我看不到 %edx 得到保存 rdtsc.

运行您的代码，我从120-150 ns获得时间安排 clock_gettime 使用 CLOCK_MONOTONIC, ，RDTSC的70-90循环（全速约20 ns，但我怀疑处理器被计入，这实际上是大约50 ns）。 （在 笔记本电脑桌面（DARN SSH，忘记了我使用的台机器！）大约使用20％的CPU）确保您的机器不会陷入困境？

看起来您在用户空间中禁用RDTSC的操作系统执行。而且您的应用程序必须切换到内核和后背，这需要很多周期。

这是来自英特尔软件开发人员的手册：

在受保护或虚拟8086模式下，寄存器CR4中的时间戳禁用（TSD）标志限制了RDTSC指令的使用如下。当明确TSD标志时，可以在任何特权级别执行RDTSC指令；设置标志时，只能在特权级别0处执行指令（在实地模式下，始终启用RDTSC指令。）

编辑：

我解释说，回答AIX的评论，为什么TSD很可能是这里的原因。

我只知道这些程序可以比平常执行单个指令更长的可能性：

  1. 在某些模拟器下运行，
  2. 使用自我修饰的代码，
  3. 上下文开关，
  4. 内核开关。

前两个原因通常不能延迟执行超过几百个周期。 2000-2500周期更典型地用于上下文/内核开关。但是，几乎不可能在同一位置几次捕获上下文切换。因此应该是内核开关。这意味着在用户模式下不允许使用调试器或RDTSC下的任何一个程序。

OS禁用RDTSC的最可能原因可能是安全性。试图使用RDTSC破解加密程序。

指令缓存错过？ （这是我的猜测）

而且，可能，

切换到虚拟化系统中的管理程序？程序引导程序的残余（包括同一CPU上的网络活动）？

到Thanatos：在最近的系统中，RDTSC（）是一个壁钟，并且不随频率步骤而变化。

您可以尝试这个小代码吗？

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;
}

只是一个想法 - 也许这两个RDTSC说明在不同的内核上执行？ RDTSC值在核心之间可能略有变化。

许可以下： CC-BY-SA 和 归因
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