计算浮点指令

Posted 2023-02-16

【中文标题】计算浮点指令

【英文标题】：Count floating-point instructions

【发布时间】：2014-06-02 17:36:49

【问题描述】：

我正在尝试在我的一个程序中计算浮点运算的数量，我认为perf 可能是我正在寻找的工具（有其他选择吗？），但我无法将其限制在某个范围内功能/代码块。举个例子：

#include <complex>
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <type_traits>

template <typename T>
typename std::enable_if<std::is_floating_point<T>::value, T>::type myrand()

        return static_cast <T> (std::rand()) / static_cast <T> (RAND_MAX);


template <typename T>
typename std::enable_if<!std::is_floating_point<T>::value, std::complex<typename T::value_type>>::type myrand()

        typedef typename T::value_type S;

        return std::complex<S>(
                static_cast <S> (std::rand()) / static_cast <S> (RAND_MAX),
                static_cast <S> (std::rand()) / static_cast <S> (RAND_MAX)
        );


int main()

    auto const a = myrand<Type>();
    auto const b = myrand<Type>();

    // count here
    auto const c = a * b;
    // stop counting here

    // prevent compiler from optimizing away c
    std::cout << c << "\n";

    return 0;

myrand() 函数只返回一个随机数，如果类型 T 是复数，则返回一个随机复数。我没有将 double 硬编码到程序中，因为它们会被编译器优化掉。

您可以使用c++ -std=c++0x -DType=double bench.cpp 编译文件（我们称之为bench.cpp）。

现在我想计算浮点运算的数量，这可以在我的处理器（Nehalem 架构，x86_64，其中浮点使用标量 SSE 完成）上完成，事件 r8010（参见英特尔手册 3B，第19.5)。这可以通过

perf stat -e r8010 ./a.out

并按预期工作；但是它会计算 uops 的总数（是否有一张表格告诉 movsd 例如有多少 uops？）并且 我只对乘法的数字感兴趣 （见上面的例子）。

如何做到这一点？

【参考方案1】：

我终于找到了一种方法，虽然没有使用perf，而是使用了相应的perf API。首先必须定义一个perf_event_open 函数，它实际上是一个系统调用：

#include <cstdlib> // stdlib.h for C
#include <cstdio> // stdio.h for C
#include <cstring> // string.h for C
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/perf_event.h>
#include <asm/unistd.h>

long perf_event_open(
    perf_event_attr* hw_event,
    pid_t pid,
    int cpu,
    int group_fd,
    unsigned long flags
) 
    int ret = syscall(__NR_perf_event_open, hw_event, pid, cpu, group_fd, flags);
    return ret;

接下来，选择想要计算的事件：

perf_event_attr attr;

// select what we want to count
std::memset(&attr, 0, sizeof(perf_event_attr));
attr.size = sizeof(perf_event_attr);
attr.type = PERF_TYPE_HARDWARE;
attr.config = PERF_COUNT_HW_INSTRUCTIONS;
attr.disabled = 1;
attr.exclude_kernel = 1; // do not count the instruction the kernel executes
attr.exclude_hv = 1;

// open a file descriptor
int fd = perf_event_open(&attr, 0, -1, -1, 0);

if (fd == -1)

    // handle error

在这种情况下，我想简单地计算指令的数量。通过将相应的行替换为

，可以在我的处理器（Nehalem）上计算浮点指令

attr.type = PERF_TYPE_RAW;
attr.config = 0x8010; // Event Number = 10H, Umask Value = 80H

通过将类型设置为 RAW，基本上可以计算处理器提供的每个事件；数字0x8010 指定了哪一个。 请注意，此数字高度依赖于处理器！您可以通过选择正确的小节在英特尔手册 3B 第 2 部分第 19 章中找到正确的数字。

然后可以通过将代码包含在其中来测量代码

// reset and enable the counter
ioctl(fd, PERF_EVENT_IOC_RESET, 0);
ioctl(fd, PERF_EVENT_IOC_ENABLE, 0);

// perform computation that should be measured here

// disable and read out the counter
ioctl(fd, PERF_EVENT_IOC_DISABLE, 0);
long long count;
read(fd, &count, sizeof(long long));
// count now has the (approximated) result

// close the file descriptor
close(fd);

【讨论】：

你真的必须在阅读之前禁用计数器吗？

对于浮点指令，这可能无关紧要。我修改了perf_event_open(2) 手册页中给出的示例，他们在读出计数器之前禁用了计数器。如果您不这样做，那么 read 调用可能会更改计数器的值。