c - 为什么当我用其他任意工作使系统过载时我的程序运行得更快？

Question

我在运行一些计时和效率测试时遇到了一些意外行为。我发现，如果我运行其他将所有系统 CPU 核心都锁定在 100% 的后台进程，我的程序实际上运行得更快。这是一个简化的示例程序:

#define _XOPEN_SOURCE 600
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>

void vadd(const float *u, const float *v, float *y, int n) {
    int  i;

    for (i = 0; i < n; i++) {
        y[i] = u[i] + v[i];
    }
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    int i, its = 100000, n = 16384;
    float *a, *b, *c;
    clock_t start, end;
    double cpu_time;

    /* Make sure alignment is the same on each run. */
    posix_memalign((void**)&a, 16, sizeof(float) * n);
    posix_memalign((void**)&b, 16, sizeof(float) * n);
    posix_memalign((void**)&c, 16, sizeof(float) * n);

    /* Some arbitrary initialization */
    for (i = 0; i < n; i++) {
        a[i] = i;
        b[i] = 4;
        c[i] = 0;
    }

    /* Now the real work */
    start = clock();
    for (i = 0; i < its; i++) {
        vadd(a, b, c, n);
    }
    end = clock();

    cpu_time = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC;
    printf("Done, cpu time: %f\n", cpu_time);

    return 0;
}

我在(相当旧的)Pentium 4 @ 2.8GHz 上运行，超线程已打开，在/proc/cpuinfo 中显示为两个处理器。

系统相对空闲时的输出:

$ ./test
Done, cpu time: 11.450000

现在加载所有内核:

$ md5sum /dev/zero& ./test; killall md5sum
Done, cpu time: 8.930000

这个结果是一致的。我猜想我通过减少程序移动到另一个 CPU 的时间以某种方式提高了缓存效率，但这只是在黑暗中的一次尝试。谁能证实或反驳这一点？

第二个问题:我惊讶地发现每次运行时 cpu_time 的变化如此之大。上面使用的方法是taken right out of the GNU C manual ，并且我认为使用 clock() 可以保护我免受由于使用 CPU 的其他进程引起的时间波动的影响。显然，根据上述结果，情况并非如此。所以我的第二个问题是，clock() 方法真的是衡量性能的正确方法吗？

更新:我已经研究了有关 CPU 频率调整调节器的评论中的建议，我认为这不是这里发生的事情。我试图通过 watch grep\"cpu MHz\"/proc/cpuinfo(建议 here )实时监控 CPU 速度，但我没有看到频率变化程序正在运行。我还应该在我的帖子中说明我正在运行一个相当旧的内核:2.6.25。

更新 2: 我开始使用下面的脚本来研究启动的 md5sum 进程的数量。即使我启动的进程多于逻辑 CPU，它也比单独运行更快。

更新 3: 如果我在 BIOS 中关闭超线程，这种奇怪的行为就会消失，并且运行总是需要大约 11 秒的 CPU 时间。看起来超线程与它有关。

更新 4: 我刚刚在双四核 Intel Xeon @ 2.5GHz 上运行了这个，没有看到任何上述奇怪的行为。这个“问题”可能非常特定于我的特定硬件设置。

#!/bin/bash
declare -i num=$1

for (( num; num; num-- )); do
  md5sum /dev/zero &
done

time ./test
killall md5sum

--

$ ./run_test.sh 5
Done, cpu time: 9.070000

real    0m27.738s
user    0m9.021s
sys 0m0.052s

$ ./run_test.sh 2
Done, cpu time: 9.240000

real    0m15.297s
user    0m9.169s
sys 0m0.080s

$ ./run_test.sh 0
Done, cpu time: 11.040000

real    0m11.041s
user    0m11.041s
sys 0m0.004s

Answer 1

So my secondary question is, is the clock() method really the proper way to measure performance?

您可能更喜欢使用 clock_gettime(2)和 friend 。另请阅读 time(7)

详细信息可能是硬件(即 CPU + 主板)和内核特定的。