rdtsc 计时器在 linux 中是否不准确？

Question

 __inline__ uint64_t rdtsc() {
    uint32_t low, high;
    __asm__ __volatile__ (
        "xorl %%eax,%%eax \n    cpuid"
        ::: "%rax", "%rbx", "%rcx", "%rdx" );
    __asm__ __volatile__ (
                          "rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high));
    return (uint64_t)high << 32 | low;
}

我在我的程序中使用了上述 rdtsc 函数作为计时器： 以下代码产生 312-344 个时钟周期：

 start = rdtsc();
 stop = rdtsc();

 elapsed_ticks = (unsigned)((stop-start));
 printf("\n%u ticks\n",elapsed_ticks);

每次运行上述代码时，我都会得到不同的值。这是为什么？

我在 Visual C++ 中运行了相同的代码，它在“intrin.h”中使用了 rdtsc 函数。我得到了 18 个时钟的恒定值。是的，每次运行都是恒定的！有人可以解释一下吗？谢谢！

Answer 1

使用 TSC 很难获得可靠的时间戳。主要问题是：

• 在较旧的多核处理器上，不同内核的速率可能会发生不同的变化，因为它们会根据不同的负载调整时钟速度；
• 在较新的处理器上，当时钟速度发生变化时，速率保持不变，因此负载较轻的内核上的时序可能看起来比实际慢。
• 乱序执行可能意味着当您认为寄存器没有被读取时。

您的函数正在执行 cpuid 指令并忽略其结果，并读取 TSC，以尝试缓解最后一个问题。这是一个序列化指令，它强制按顺序执行。但是，它也是一个比较慢的指令，所以如果你尝试测量极短的时间会影响结果。

如果我从函数中删除该指令以使其与您在 VC++ 中使用的内在函数等效：

inline uint64_t rdtsc() {
    uint32_t low, high;
    asm volatile ("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high));
    return (uint64_t)high << 32 | low;
}

然后我得到更一致的值，但重新引入了潜在的指令排序问题。

另外，请确保您正在使用优化进行编译（例如，-O3，如果您使用的是 GCC），否则该函数可能不会被内联。

Answer 2

因为您的进程不是系统上唯一运行的进程。它可能随时被抢占，导致您的进程进入休眠状态。