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分类: LINUX

2009-03-24 21:56:59

    从pentium开始,很多80x86微处理器都引入TSC,一个用于时间戳计数器的64位的寄存器,它在每个时钟信号(CLK, CLK是微处理器中一条用于接收外部振荡器的时钟信号输入引线)到来时加一。
    通过它可以计算CPU的主频,比如:如果微处理器的主频是1MHZ的话,那么TSC就会在1秒内增加1000000。除了计算CPU的主频外,还可以通过TSC来测试微处理器其他处理单元的运算速度,资料[2]介绍了这个内容。
    那么如何获取TSC的值呢?rdtsc,一条读取TSC的指令,它把TSC的低32位存放在eax寄存器中,把TSC的高32位存放在edx中,更详细的描述见资料[1]。
    下面来看看rdtsc的具体用法,在linux源代码include/asm-i386/msr.h中,可以找到这么三个关于rdtsc的宏定义:

#define rdtsc(low,high) \
      __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high))
 
#define rdtscl(low) \
       __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=a" (low) : : "edx")
 
#define rdtscll(val) \
       __asm__ __volatile__("rdtsc" : "=A" (val))


    第三个正是我们需要的,为了方便在我们自己的应用程序中使用,通过资料[3]我们把它简单的封装一下:

typedef unsigned long long cycles_t;
inline cycles_t currentcycles() {
    cycles_t result;
    __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=A" (result));
    return result;
}



    下面来介绍一个实例,用rdtsc来计算CPU的主频。计算方法就是根据TSC的工作原理来的。我们在时间间隔1秒的前后分别记下TSC的值,然后求差并除以1000000。这样就可以计算出以MHZ为单位的主频了。大概的算法如下:

t1 = currentcycles();
sleep(1);
t2 = currentcycles();
printf("cpu MHz        : %lld\n", (t2-t1)/1000000);



    不过考虑到sleep是基于alarm和pause实现的,我们这里直接通过alarm来产生1秒的时间间隔了。

Code:

[Ctrl+A Select All]

    这里是执行情况:

$ make readTSC
cc     readTSC.c   -o readTSC
$ ./readTSC
cpu MHz        : 2199

$ cat /proc/cpuinfo | grep MHz
cpu MHz        : 2200.103



    我们算出来的主频跟内核proc文件系统中记录的值差不多,不过内核里头计算的要大一些,可能内核在计算主频时用了浮点运算的缘故。实际上我们计算的值也比真实的要大,因为在t1和t2之间,除了1s外,我们调用了alarm,而且进行了除法运算,因此实际时间要大于1秒,所以实际主频就会更小一些。

参考资料:

[1] RDTSC instruction

[2] Using the RDTSC Instruction for Performance Monitoring

[3] Use RDTSC instruction to measure time on x86 architecture
http://z.cs.utexas.edu/users/habals/blog/index.php/linux/70
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