用rdtsc指令读取时间戳计数器TSC的值

    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:
/**  * readTSC.c -- read the time stamp counter using the rdtsc instruction  *  * falcon <[e-mail]>  * 2008-04-07  *  * ref: 1. [url]http://z.cs.utexas.edu/users/habals/blog/index.php/linux/70[/url]  *     2. [url][/url]  * */ #include <stdio.h>    /* printf */ #include <unistd.h>    /* alarm, pause */ #include <sys/types.h> #include <signal.h>    /* signal,kill */ typedef unsigned long long cycles_t; inline cycles_t currentcycles() {     cycles_t result;     __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=A" (result));     return result; } cycles_t t1, t2; void handler(int signo) {     t2 = currentcycles();     printf("cpu MHz        : %lld\n", (t2-t1)/1000000);     kill(getpid(), SIGINT); } int main(void) {     signal(SIGALRM, handler);     t1 = currentcycles();     alarm(1);     while(1) pause();     return 0; }
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    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