如何使用查询性能计数器？

Posted 2023-02-16

【中文标题】如何使用查询性能计数器？

【英文标题】：How to use QueryPerformanceCounter?

【发布时间】：2010-12-16 21:23:49

【问题描述】：

我最近决定需要将 Timer 类从使用毫秒更改为微秒，经过一些研究后，我认为 QueryPerformanceCounter 可能是我最安全的选择。 （Boost::Posix 上的警告说它可能不适用于 Win32 API，这让我有点失望）。但是，我不确定如何实现它。

我正在做的是调用我正在使用的任何GetTicks() esque 函数并将其分配给Timer 的startingTicks 变量。然后要找到经过的时间量，我只需从startingTicks 中减去函数的返回值，当我重置计时器时，我只需再次调用该函数并将startingTicks 分配给它。不幸的是，从我看到的代码来看，它并不像调用 QueryPerformanceCounter() 那样简单，而且我不确定我应该传递什么作为它的参数。

【问题讨论】：

我已将 Ramonster 的代码 sn-ps 放入此处的库中：gist.github.com/1153062 供关注者使用。

我们最近更新了 QueryPerformanceCounter 的文档，并添加了正确使用的附加信息以及常见问题解答。你可以在这里找到更新的文档msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/…

顺便提一下__rdtsc，这是QueryPerformanceCounter使用的。

【参考方案1】：

#include <windows.h>

double PCFreq = 0.0;
__int64 CounterStart = 0;

void StartCounter()

    LARGE_INTEGER li;
    if(!QueryPerformanceFrequency(&li))
    cout << "QueryPerformanceFrequency failed!\n";

    PCFreq = double(li.QuadPart)/1000.0;

    QueryPerformanceCounter(&li);
    CounterStart = li.QuadPart;

double GetCounter()

    LARGE_INTEGER li;
    QueryPerformanceCounter(&li);
    return double(li.QuadPart-CounterStart)/PCFreq;


int main()

    StartCounter();
    Sleep(1000);
    cout << GetCounter() <<"\n";
    return 0;

这个程序应该输出一个接近 1000 的数字（windows sleep 不是那么准确，但应该是 999）。

StartCounter() 函数在CounterStart 变量中记录性能计数器的滴答数。 GetCounter() 函数返回自上次以双精度调用 StartCounter() 以来的毫秒数，因此如果 GetCounter() 返回 0.001，则自调用 StartCounter() 以来已经大约 1 微秒。

如果您想让计时器使用秒数，请更改

PCFreq = double(li.QuadPart)/1000.0;

到

PCFreq = double(li.QuadPart);

或者如果你想要微秒，那么使用

PCFreq = double(li.QuadPart)/1000000.0;

但实际上它是为了方便，因为它返回一个双精度值。

【讨论】：

究竟，LARGE_INTEGER 是什么？

它是一种 windows 类型，基本上是一个可移植的 64 位整数。它的定义取决于目标系统是否支持 64 位整数。如果系统不支持 64 位整数，那么它被定义为 2 个 32 位整数，一个 HighPart 和一个 LowPart。如果系统确实支持 64 位整数，那么它就是 2 个 32 位整数和一个称为 QuadPart 的 64 位整数之间的联合。

这个答案有严重缺陷。 QueryPerformanceCounter 读取一个内核特定的周期计数器寄存器，如果执行线程已在另一个内核上重新调度，则来自 QueryPerformanceCounter 的两个测量不仅包含经过的时间，而且通常包含两个内核寄存器之间的固定、大且难以精确定位的增量。所以 - 只有当您的流程绑定到特定核心时，这才能可靠地工作。

@TonyD: MSDN documentation 说：On a multiprocessor computer, it should not matter which processor is called. However, you can get different results on different processors due to bugs in the basic input/output system (Bios) or the hardware abstraction layer (HAL). 这段代码没有严重缺陷，但有一些 BIOS 或 HAL。

@TonyD：我只是稍微研究了一下。我在StartCounter 函数中添加了以下调用：old_mask = SetThreadAffinityMask(GetCurrentThread,1);，然后在末尾设置回SetThreadAffinityMask ( GetCurrentThread , old_mask ) ;。我希望这能解决问题。这应该可以防止我的线程被重新安排到除第一个 CPU 内核之外的任何内容。 （这显然只是一个测试环境的解决方案）

【参考方案2】：

我使用这些定义：

/** Use to init the clock */
#define TIMER_INIT \
    LARGE_INTEGER frequency; \
    LARGE_INTEGER t1,t2; \
    double elapsedTime; \
    QueryPerformanceFrequency(&frequency);


/** Use to start the performance timer */
#define TIMER_START QueryPerformanceCounter(&t1);

/** Use to stop the performance timer and output the result to the standard stream. Less verbose than \c TIMER_STOP_VERBOSE */
#define TIMER_STOP \
    QueryPerformanceCounter(&t2); \
    elapsedTime=(float)(t2.QuadPart-t1.QuadPart)/frequency.QuadPart; \
    std::wcout<<elapsedTime<<L" sec"<<endl;

用法（括号防止重新定义）：

TIMER_INIT


   TIMER_START
   Sleep(1000);
   TIMER_STOP



   TIMER_START
   Sleep(1234);
   TIMER_STOP

使用示例的输出：

1.00003 sec
1.23407 sec

【参考方案3】：

假设您在 Windows 上（如果是这样，您应该这样标记您的问题！），在 this MSDN page 上，您可以找到一个简单、有用的 HRTimer C++ 类的源代码，该类包装了执行某些操作所需的系统调用非常接近您的要求（很容易向其中添加 GetTicks() 方法，尤其是完全按照您的要求进行操作）。

在非 Windows 平台上，没有 QueryPerformanceCounter 函数，因此该解决方案不能直接移植。但是，如果您确实将其包装在诸如上述HRTimer 之类的类中，则更改该类的实现以使用当前平台确实能够提供的功能会更容易（可能通过Boost 或其他方式！）。

【参考方案4】：

我会用 NDIS 驱动程序示例来扩展这个问题，以获得时间。众所周知，KeQuerySystemTime（模仿NdisGetCurrentSystemTime）的分辨率低于毫秒级，有些进程如网络数据包或其他IRP可能需要更好的时间戳；

例子也很简单：

LONG_INTEGER data, frequency;
LONGLONG diff;
data = KeQueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER *)&frequency)
diff = data.QuadPart / (Frequency.QuadPart/$divisor)

除数为 10^3 或 10^6，具体取决于所需的分辨率。