使用 CPU 计数器与 gettimeofday？

Posted 2023-03-06

【中文标题】使用 CPU 计数器与 gettimeofday？

【英文标题】：Using CPU counters versus gettimeofday?

【发布时间】：2013-03-25 19:43:30

【问题描述】：

我想使用 Linux 分析 C 中的一些代码。我通常只做通常的gettimeofday() 功能，它们易于安装、易于理解且可移植。有人问我为什么不使用 CPU 计数器或 RDTSC 来分析代码，但虽然我知道 RDTSC 可能更精确，但我不能赞成或反对其中一个。所以，我的问题是：在其他条件相同的情况下，人们会使用通常的时间函数或 RDTSC 来分析代码吗？

【问题讨论】：

有什么理由不使用像gprof这样的分析工具？

"POSIX.1-2008 将gettimeofday() 标记为已过时，建议改用clock_gettime(2)。"

仅分析并行代码的一小部分...您必须修补 gprof 以分析线程。 perf 会更好，但您不能对代码的各个部分进行计时。

@DanielFischer：过时意味着它不起作用？ “过时”是什么意思？

RDTSC 使用起来稍微困难一些，因为它不是标准的，您需要弄清楚每单位时间有多少“滴答声”。

【参考方案1】：

CPU 计数器和挂钟是用于不同目的的不同工具。

何时使用挂钟：

当您想以标准时间单位（例如秒）测量时间时。如果您想测量 X 任务需要多长时间，请使用挂钟。

例子：

clock() gettimeofday() clock_gettime(2) 等等...

何时使用 RDTSC：

如果您希望以尽可能高的精度测量两个不同任务的相对时间，那么 RDTSC 可能是合适的。

RDTSC 测量自 CPU 启动以来经过的伪周期数。通常（但不总是），这等于处理器的 CPU 时钟速度。但是，如果不根据挂钟实际测量，就很难确定“每秒滴答声”的确切数量。

但是，RDTSC 的开销与时间函数的开销一样低。因此，当您将一种实现与另一种实现进行比较以确定哪个实现更快时，它非常适合微优化。 （相对于它需要多少绝对时间）

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其他注意事项：

在大多数情况下，使用挂钟可以很好地完成大多数基准测试目的。所以 RDTSC 的使用非常有限。尽可能坚持使用标准化函数。 高精度挂钟通常在 RDTSC 之上实现。因此，如果您尝试使用 RDTSC 对挂钟时间进行高精度测量，那么您只是在重新发明***。

_{附带说明一下，我使用 RDTSC 来查看 RNG 并作为我的超频基准测试的反作弊措施。}

【讨论】：

小提示：clock_gettime() 支持不同的时钟以适应两种用例（参见例如 CLOCK_MONOTONIC）

【参考方案2】：

对于大多数用途，我会使用clock_gettime。正如其他人所说，gettimeofday 已过时，其分辨率太低，无法测量低于 10000 个周期范围内的时间。请注意，clock_gettime 可能有系统调用开销（内核进入/退出成本）反映在您采取的差异中，但在现代 x86_64 Linux 系统上，clock_gettime 实际上完全在用户空间中运行并使用rdtsc在引擎盖下，所以它最终只是rdtsc 的一个更便携、更简洁的抽象版本。

【讨论】：

是的。 RDTSC 只是“全世界的 VAX”风格编程的另一种形式，只是英特尔风格。尽可能坚持使用便携式界面。

所以，为了确保 gettimeofday() 在功能上等同于 clock_gettime() 和 CLOCK_MONOTONIC?

不，gettimeofday 对应于CLOCK_REALTIME。这是避免gettimeofday 的另一个原因；如果时钟被重置，测量间隔可能会出错。即使时钟重置，clock_gettime 和 CLOCK_MONOTONIC 也能可靠地工作。如果您只想测量进程花费的 CPU 时间，不包括可能抢占它的其他进程，也可以选择 CLOCK_PROCESS_CPUTIME_CLOCKID。