c++ - __rdtscp calibration unstable under Linux on Intel Xeon X5550

Question

我正在尝试使用 __rdtscp 内部函数来测量时间间隔。目标平台是 Linux x64，CPU Intel Xeon X5550。尽管为该处理器设置了 constant_tsc 标志，但校准 __rdtscp 会给出截然不同的结果:

$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 256
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 330.667
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 345.043
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 166.054
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 256
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 345.043
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 256
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 330.667
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 256
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 330.667
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 330.667
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 345.043
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 256
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 125.388
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 360.727
$ taskset -c 1 ./ticks
Ticks per usec: 345.043

正如我们所见，程序执行之间的差异最多可达 3 倍 (125-360)。这种不稳定性不适用于任何测量。

代码如下(gcc 4.9.3，运行在 Oracle Linux 6.6，内核 3.8.13-55.1.2.el6uek.x86_64):

// g++ -O3 -std=c++11 -Wall ticks.cpp -o ticks
#include <x86intrin.h>
#include <ctime>
#include <cstdint>
#include <iostream>

int main()
{       
    timespec start, end;
    uint64_t s = 0;

    const double rdtsc_ticks_per_usec = [&]()
    {
        unsigned int dummy;

        clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);

        uint64_t rd_start = __rdtscp(&dummy);
        for (size_t i = 0; i < 1000000; ++i) ++s;
        uint64_t rd_end = __rdtscp(&dummy);

        clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);

        double usec_dur = double(end.tv_sec) * 1E6 + end.tv_nsec / 1E3;
        usec_dur -= double(start.tv_sec) * 1E6 + start.tv_nsec / 1E3;

        return (double)(rd_end - rd_start) / usec_dur;
    }();

    std::cout << s << std::endl;
    std::cout << "Ticks per usec: " << rdtsc_ticks_per_usec << std::endl;
    return 0;
}

当我在 Windows 7、i7-4470、VS2015 下运行非常相似的程序时，校准结果非常稳定，只有最后一位的差异很小。

所以问题 - 这个问题是关于什么的？是 CPU 问题、Linux 问题还是我的代码问题？

Answer 1

如果您不确保 cpu 是隔离的，那么还会有其他抖动来源。您确实希望避免在该核心上安排另一个进程。同样理想的是，您运行一个无滴答内核，这样您就永远不会在该内核上运行内核代码。在上面的代码中，我想只有当你不幸在调用 clock_gettime() 和 __rdtscp 之间进行滴答或上下文切换时，这才是重要的

使 s 易变是另一种打败这种编译器优化的方法。