linux - 无法复现intel白皮书中的高精度时间测量内核模块

Question

我正在尝试重现 How to Benchmark Code Execution Times on Intel IA-32 and IA-64 Instruction Set Architectures White Paper .本白皮书提供了一个内核模块来准确测量一段代码的执行时间，通过禁用抢占和使用RDTSC等。

但是，在运行白皮书中报告的基准测试代码时，我无法获得预期的低方差，这意味着白皮书中的技术不起作用。我找不到问题所在。

内核模块的核心就几行

unsigned int flags;
preempt_disable();
raw_local_irq_save(flags);

asm volatile(
    "CPUID\n\t"
    "RDTSC\n\t"
    "mov %%edx, %0\n\t"
    "mov %%eax, %1\n\t"
    : "=r"(cycles_high), "=r"(cycles_low)::"%rax", "%rbx", "%rcx", "%rdx");
/* call the function to measure here */
asm volatile(
    "RDTSCP\n\t"
    "mov %%edx, %0\n\t"
    "mov %%eax, %1\n\t"
    "CPUID\n\t"
    : "=r"(cycles_high1), "=r"(cycles_low1)::"%rax", "%rbx", "%rcx", "%rdx");
raw_local_irq_restore(flags);
preempt_enable();

代码直接抄自白皮书，并做了优化。从白皮书来看，预期的输出应该是

loop_size:995 >>>> variance(cycles): 0; max_deviation: 0 ;min time: 2216
loop_size:996 >>>> variance(cycles): 28; max_deviation: 4 ;min time: 2216
loop_size:997 >>>> variance(cycles): 0; max_deviation: 112 ;min time: 2216
loop_size:998 >>>> variance(cycles): 28; max_deviation: 116 ;min time: 2220
loop_size:999 >>>> variance(cycles): 0; max_deviation: 0 ;min time: 2224
total number of spurious min values = 0
total variance = 1
absolute max deviation = 220
variance of variances = 2
variance of minimum values = 335757

然而，我得到的是

[1418048.049032] loop_size:42 >>>> variance(cycles): 104027;max_deviation: 92312 ;min time: 17
[1418048.049222] loop_size:43 >>>> variance(cycles): 18694;max_deviation: 43238 ;min time: 17
[1418048.049413] loop_size:44 >>>> variance(cycles): 1;max_deviation: 60 ;min time: 17
[1418048.049602] loop_size:45 >>>> variance(cycles): 1;max_deviation: 106 ;min time: 17
[1418048.049792] loop_size:46 >>>> variance(cycles): 69198;max_deviation: 83188 ;min time: 17
[1418048.049985] loop_size:47 >>>> variance(cycles): 1;max_deviation: 60 ;min time: 17
[1418048.050179] loop_size:48 >>>> variance(cycles): 1;max_deviation: 61 ;min time: 17
[1418048.050373] loop_size:49 >>>> variance(cycles): 1;max_deviation: 58 ;min time: 17
[1418048.050374] 
                  total number of spurious min values = 2
[1418048.050374] 
                  total variance = 28714
[1418048.050375] 
                  absolute max deviation = 101796
[1418048.050375] 
                  variance of variances = 1308070648

比白皮书高得多的 max_deviation 和 variance(cycles)。(请忽略不同的min time，因为白皮书可能实际上是在对某些东西进行基准测试，但我的代码实际上并没有对任何东西进行基准测试。)

报告中是否遗漏了任何内容？或者白皮书不是最新的，我错过了现代 x86 CPU 中的一些技术？如何在现代英特尔 x86 CPU 架构中以最高精度测量一段代码的执行时间？

附言我运行的代码 is placed here .

Answer 1

大多数英特尔处理器都有一个恒定的 TSC，这意味着核心频率和 TSC 频率可能不同。如果一个操作需要固定数量的核心周期才能完成，则在不同运行中执行操作期间，它可能需要非常不同的 TSC 周期数，具体取决于核心频率。当max_deviation很大，这表明核心频率在该次迭代执行期间发生了显着变化。解决方案是将核心频率固定为处理器的最大非睿频频率。有关常量 TSC 的更多信息，请参阅:Can constant non-invariant tsc change frequency across cpu states? .

please ignore different min time, since the white paper may beactually benchmarking something, but my codes do not actuallybenchmark anything.

最小值取决于微架构、核心频率(可以动态变化)和 TSC 频率(接近基本频率的某个固定值)。白皮书的作者只说他们使用的是 Core i7 处理器。在 2010 年，这是 Nehalem 或 Westmere 处理器。

您从论文中复制的测量值来自第 3.3.2 节“使用替代方法的分辨率”。替代方法使用 mov cr0, rax用于序列化而不是 rdtscp .但是您的代码来自第 3.2.2 节。

请注意 if ((end - start) < 0) {...}当 end 时永远不会为真和 start是无符号整数，因为减法的结果是无符号的，常量 0 也被转换为无符号类型。将其更改为 if (end < start) {...} .