使用 RDTSC 在 C 中计算 CPU 频率始终返回 0

我们的讲师向我们提供了以下代码，以便我们可以测量一些算法的性能：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

static unsigned cyc_hi = 0, cyc_lo = 0;

static void access_counter(unsigned *hi, unsigned *lo) {
    asm("rdtsc; movl %%edx,%0; movl %%eax,%1"
    : "=r" (*hi), "=r" (*lo)
    : /* No input */
    : "%edx", "%eax");
}

void start_counter() {
    access_counter(&cyc_hi, &cyc_lo);
}

double get_counter() {
    unsigned ncyc_hi, ncyc_lo, hi, lo, borrow;
    double result;

    access_counter(&ncyc_hi, &ncyc_lo);

    lo = ncyc_lo - cyc_lo;
    borrow = lo > ncyc_lo;
    hi = ncyc_hi - cyc_hi - borrow;

    result = (double) hi * (1 << 30) * 4 + lo;

    return result;
}

但是，我需要将此代码移植到具有不同 CPU 频率的机器上。为此，我尝试计算运行代码的机器的 CPU 频率，如下所示：

int main(void)
{
    double c1, c2;

    start_counter();

    c1 = get_counter();
    sleep(1);
    c2 = get_counter();

    printf("CPU Frequency: %.1f MHz\n", (c2-c1)/1E6);
    printf("CPU Frequency: %.1f GHz\n", (c2-c1)/1E9);

    return 0;
}

问题是结果总是0，我不明白为什么。我在 VMware 上以访客身份运行 Linux (Arch)。

在朋友的机器（MacBook）上，它在某种程度上可以工作；我的意思是，结果大于 0，但它是可变的，因为 CPU 频率不固定（我们试图修复它，但由于某种原因我们无法做到这一点）。他有另一台运行 Linux (Ubuntu) 作为主机的机器，它也报告 0。这排除了虚拟机上的问题，我一开始认为这是问题。

任何想法为什么会发生这种情况以及如何解决它？

好吧，由于其他答案没有帮助，我将尝试更详细地解释。问题是现代 CPU 可能会乱序执行指令。你的代码一开始是这样的：

rdtsc
push 1
call sleep
rdtsc

现代CPU可以做到not但必须按原始顺序执行指令。不管你原来的命令是什么，CPU（大部分）都可以自由地执行，就像：

rdtsc
rdtsc
push 1
call sleep

在这种情况下，很清楚为什么两者之间存在差异rdtscs 将是（至少非常接近）0。为了防止这种情况，您需要执行一条 CPU 将执行的指令never重新排列以无序执行。最常用的指令是CPUID。我链接的另一个答案应该（如果没记错的话）大致从那里开始，关于使用所需的步骤CPUID正确/有效地完成这项任务。

当然，蒂姆·波斯特可能是对的，而你是also由于虚拟机而出现问题。尽管如此，就目前而言，即使在真实的硬件上，也不能保证您的代码能够正常工作。

编辑：至于为什么代码would工作：嗯，首先，说明这一事实can无序执行并不能保证它们will是。其次，有可能（至少是某些实现）sleep包含防止序列化指令rdtsc避免围绕它重新排列，而其他的则没有（或可能包含它们，但仅在特定（但未指定）的情况下执行它们）。

剩下的行为可能会随着几乎任何重新编译而改变，甚至只是在一次运行和下一次运行之间发生改变。它可以连续数十次产生极其准确的结果，然后由于某些（几乎）完全无法解释的原因而失败（例如，完全在其他过程中发生的事情）。