c++ - 比较rdtsc clock和c++11 std::chrono::high_resolution_clock产生的时间测量结果

Question

我正在尝试比较由 c++11 std::chrono::high_resolution_clock 和下面的 rdtsc_clock 时钟测量的时间。从 high_resolution_clock，我得到类似 11000、3000、1000、0 的结果。从 rdtsc_clock，我得到 134、15、91 等。为什么他们的结果看起来如此不同？根据我的直觉，我相信 rdtsc_clock 正在呈现 ~accurate 结果，对吗？

    template<std::intmax_t clock_freq>
    struct rdtsc_clock {
        typedef unsigned long long rep;
        typedef std::ratio<1, clock_freq> period;
        typedef std::chrono::duration<rep, period> duration;
        typedef std::chrono::time_point<rdtsc_clock> time_point;
        static const bool is_steady = true;

        static time_point now() noexcept
        {

            unsigned lo, hi;
            asm volatile("rdtsc" : "=a" (lo), "=d" (hi));

            return time_point(duration(static_cast<rep>(hi) << 32 | lo));
        }
    };

时间码:

typedef std::chrono::high_resolution_clock Clock;
//typedef rdtsc_clock<3300000000> Clock;
typedef std::chrono::nanoseconds nanoseconds;
typedef std::chrono::duration<double, typename Clock::period> Cycle;
for(int n=0; n < 10; n++){
   auto t1 = Clock::now();
   //codes
   auto t2 = Clock::now();
   printf(%.0f ns \n", duration_cast<nanoseconds>(Cycle(t2 - t1)).count());
}

Answer 1

RDTSC 使用问题

如果您阅读了一些关于 RDTSC 的在线文档，您会发现它不能确保 RDTSC 指令之后的指令在 RDTSC 指令本身运行之前不会在管道中执行(也不能确保更早的指令不会运行然后)。通常的建议是在 RDTSC 之前和/或之后立即使用 CPUID 指令来触发此类“序列点”。显然这会影响程序性能，并且对于某些类型的测量比其他测量更可取(其中平均吞吐量数字比单个样本更令人感兴趣)。您可以期望标准库实现对此更加谨慎，这可能是其测量值高得多的原因之一。

跨核心问题(根据您的评论不相关)

每个 CPU 内核都维护自己的 TSC 寄存器...如果您只是开始在未绑定(bind)到内核的线程上采样，或者在未绑定(bind)到同一内核的多个线程上采样，您可能会看到值“奇怪”的跳跃.一些公司(例如 Microsoft)坚持认为硬件抽象层 (HAL) 负责尝试使寄存器尽可能接近同步，但许多(甚至是全新的高端)PC 根本无法做到这一点。

您可以通过绑定(bind)到一个核心来解决这个问题，或者通过执行一些校准步骤来测量交叉核心增量(具有一些校准误差裕度)，然后根据对其进行采样的核心调整后面的样本(在大多数 CPU 上，这本身很难确定 - 您需要在 CPUID 指令或类似指令之间旋转采样)。