我们如何知道 CPU 内置的硬件性能计数器的确切数量？答案

【问题标题】：How can we know the exact number of the hardware performance counters built-in CPU?我们如何知道 CPU 内置的硬件性能计数器的确切数量？
【发布时间】：2017-08-22 00:12:34
【问题描述】：

在我读了几篇关于硬件性能计数器的文章后，我可以声称所有的英特尔处理器都支持硬件性能计数器。因此，为了访问这些额外的硬件寄存器，即硬件性能计数器，我使用了 PAPI 基础架构，经常用于访问和配置这些计数器。

当我使用 papi_avail 实用程序报告有关数字硬件计数器的信息时，看到了意外的值，即相对于图，数字硬件计数器：0。可能吗？

关于我的处理器型号（英特尔酷睿 i7），我认为这是不正确的值。

非常感谢您提供的任何帮助。

【问题讨论】：

标签： linux cpu intel papi intel-pmu

【解决方案1】：

如果您需要了解您的英特尔支持多少性能计数器 CPU，您可以使用 cpuid 命令（参见man 1 cpuid）。

它非常冗长，因为它触发 x86 cpuid 指令，该指令返回许多有关处理器的信息。其中，有详细关于性能监控单元 (PMU)。默认情况下，命令启动所有 CPU 内核上的 cpuid 指令。但是如果核心是相同的您可以将显示限制为一个核心。例如，下面是我们如何列出第一个 CPU 上的信息：

$ cpuid -1
[...]
   Architecture Performance Monitoring Features (0xa/eax):
      version ID                               = 0x3 (3)
      number of counters per logical processor = 0x4 (4)
      bit width of counter                     = 0x30 (48)
      length of EBX bit vector                 = 0x7 (7)
   Architecture Performance Monitoring Features (0xa/ebx):
      core cycle event not available           = false
      instruction retired event not available  = false
      reference cycles event not available     = false
      last-level cache ref event not available = false
      last-level cache miss event not avail    = false
      branch inst retired event not available  = false
      branch mispred retired event not avail   = false
   Architecture Performance Monitoring Features (0xa/edx):
      number of fixed counters    = 0x3 (3)
      bit width of fixed counters = 0x30 (48)
      anythread deprecation       = false
[...]

在上面的显示中，我们可以看到PMU版本是3：

 version ID = 0x3 (3)

每个内核有 4 个可编程计数器：

number of counters per logical processor = 0x4 (4)

每个核心有 3 个固定计数器：

number of fixed counters = 0x3 (3)

计数器都是 48 位长：

bit width of counter        = 0x30 (48)
bit width of fixed counters = 0x30 (48)

PMU 的功能是特定于架构的。如果您需要有关您的英特尔 PC/主板的更多详细信息，前一个命令显示的第一行提供 CPU/架构标识。例如：

   [...]
   vendor_id = "GenuineIntel"
   version information (1/eax):
      processor type  = primary processor (0)
      family          = 0x6 (6)
      model           = 0xa (10)
      stepping id     = 0x9 (9)
      extended family = 0x0 (0)
      extended model  = 0x3 (3)
      (family synth)  = 0x6 (6)
      (model synth)   = 0x3a (58)
      (simple synth)  = Intel Core (unknown type) (Ivy Bridge E1/N0/L1/P0) {Sandy Bridge}, 22nm
      [...]

有了这些信息，您可以参考Intel documentation。

【讨论】：

它触发 x86 cpuid 指令 - 不幸的是不是直接的；它尝试从/dev/cpu/0/cpuid 读取，这需要内核驱动程序来提供该接口。我想这可以确保它在异构系统的情况下分别从每个内核读取 CPUID 信息？
@PeterCordes：cpuid 接受多个选项来使用或不使用 cpuid 驱动程序。该驱动程序不一定需要加载（因此，/dev/cpu/x/cpuid 不一定存在）。例如，当与 -1 选项一起使用时，程序直接在其运行的当前 cpu 上调用 cpuid 汇编指令。 strace，在命令上不会显示任何带有 -1 选项的 open(/dev/cpu/X/cpuid)，因为调用了 cpuid 汇编指令。
msr-tools 版本 1.3-3 (Arch GNU/Linux) 的版本不是这样的。 strace cpuid -1 显示它无法打开 /dev/cpu/-1/cpuid。我假设有一个不同的实现使用相同的名称，或者有一个更新的版本； Arch 自 2018 年以来就没有更新过这个包。啊，是的，似乎有一个 cpuid package 在 Arch 的社区打包的东西中可能有一个不同的同名命令：aur.archlinux.org/packages/cpuid
是的，在我的 Ubuntu 系统上，该工具来自cpuid package

【解决方案2】：

查看第 18 章“性能监控”和第 19 章“性能监控事件”部分Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer Manuals 第 3B 卷 (latest version here)。

【讨论】：

【解决方案3】：

所有你需要的就是尝试：

sudo sh -c 'echo 1 >/proc/sys/kernel/perf_event_paranoid'

所有最新的 Linux 内核都配备了 perf 实用程序来访问硬件性能计数器。但是，出于安全问题，默认情况下，我们无权访问这些计数器。存储在文件“perf_event_paranoid”中的默认值是 3 意味着我们无法访问计数器。通过将值修改为 1（允许访问），我们可以获得有关可用性能计数器的信息，并可以使用 perf 或任何可用工具（如 PAPI）访问它们。

【讨论】：

如果您解释了为什么您应该这样做以及它的作用，这将是一个更好的答案。另外值得一提的是，Linux 默认为 NMI 看门狗的每个内核使用一个性能计数器，您也可以使用 sysctl kernel/nmi_watchdog = 0 禁用它（即/proc/sys/kernel/nmi_watchdog）
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为什么我要回显一些东西，而我实际上想读一些信息，而不是写？
@blaze9：更改内核设置，让您无需 root 权限即可读取所需信息。查看回声被重定向的位置。或使用sysctl。