测量CPU频率（x86 / x64）

Question

我正在寻找一种库，可以在32位和64位的Windows系统上准确地周期性地给出Intel和AMD处理器的CPU频率值。

这样做的目的是为了准确测量给定计算机的CPU负载。问题在于调用QueryPerformanceCounter()返回时钟滴答数（用于测量活动的持续时间），但由于SpeedStep或TurboBoost，底层CPU频率并不是恒定的。我发现有些计算机即使在BIOS中关闭了SpeedStep / TurboBoost也无法防止基于负载的CPU频率缩放。

我试图看看是否有可用的库可用于检测CPU频率变化（就像Throttlestop / CPU-Z或甚至Windows 7的Resource Monitor概述选项卡那样），以便我可以查询并保存此信息以及其他测量结果。性能计数器似乎不能提供可靠的信息，因为我有一些计算机始终返回100％的CPU频率，即使其他工具显示动态频率更改。

我搜索了这样的库，但大多数结果都是无用的小工具等。

- xxbbcc

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为了得到可靠的结果，您需要直接从 CPU 读取 CPU 频率。这就是 CPU-Z 等工具的工作方式。虽然当前的 Linux/Windows 提供了一些 cpu 统计信息（如 /proc/cpuinfo），其中包含 一些 频率，但通常不考虑 turboboost/overclocking 等因素。 - Gunther Piez

Answer 1

您可以将高分辨率计时器与时钟周期计数器结合使用，以计算当前时钟速率。在现代CPU上，可以使用此函数读取周期计数器：

static inline uint64_t get_cycles()
{
  uint64_t t;
  asm volatile ("rdtsc" : "=A"(t));
  return t;
}

注意这是每个CPU的情况，所以如果您的程序在不同的CPU之间移动，就会出现问题。如果您了解平台上的CPU固定技术，可以尝试使用这些技术。

对于高分辨率时间测量，您可以使用中的工具；这里有一个关于该主题的半有用的我的帖子。

- Kerrek SB

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@Kerrer SB：感谢您的回答，但我无法理解您的代码——我不熟悉您在汇编位中使用的语法。这是VC++语法还是其他语法？ - xxbbcc

@xxbbcc 这是gcc内联汇编。 - Gunther Piez

@drhirsch：谢谢你。我认为“=A”位的意思是将RDTSC的返回值存储在t中。 - xxbbcc

@xxbbcc 话虽如此，但在这里使用TSC的任何答案很可能都不起作用 - 在较新的CPU上，TSC运行的速率是固定的，并且独立于实际的CPU频率。 - Gunther Piez

@drhirsch：你知道“新一代CPU”是什么意思吗？我的问题是，我可能需要在三年以上的电脑上获取这些信息。如果在2008年左右使用了固定频率TSC，那么很可能没问题，我可以依靠它，但如果它只是最近添加的（根据我的阅读看起来是这样），那么这并不是一个解决方案。此外，在调用RDTSC时有没有办法控制检查哪个CPU？ - xxbbcc

旧款Athlon X2+和第一代Core2处理器没有同步的TSC，这是某些游戏中主要时间问题的原因。之后我不确定，请自行搜索或尝试。 - Gunther Piez

Answer 2

试着专注于你想要做什么，而不是如何去做。

你的最终目标是什么？

如果你说你正在尝试“测量给定计算机上的CPU负载”，在Windows上使用“PdhOpenQuery”和“Pdh*”系列函数可能是一个好的实践。

也可以参考这个SO答案：

如何从进程内部确定CPU和内存消耗？

- friol

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我也发布了一个关于性能计数器的链接，但是后来我看到问题声称这些测量结果不够好。 - Greg Inozemtsev

@friol：谢谢，但是所有的Pdh*函数都返回性能计数器信息，而这些信息都是不可靠的。SO链接对我也没有用——GetProcessTimes()返回时间持续但并没有告诉我在那段时间内CPU运行的频率。如果CPU在60毫秒时以10%的速度运行，然后在另外的60毫秒时以45%的速度运行，显然第二种负载更高，但是我会在两种情况下都得到10毫秒。 - xxbbcc

@GregInozemtsev：是的，不幸的是，“% of Maximum Frequency”给我错误的值（在我们明显有频率变化的计算机上显示为100%）。我不知道是否有其他计数器可以给我正确的数据，但我尝试过的那些都不能可靠地工作。上述计数器在我的Windows 7笔记本电脑上运行良好，但在我的一些服务器上却无法正常工作。 - xxbbcc

Answer 3

考虑查看Visual Studio中的__rdtsc内置函数（#include "intrin.h"）。

这将直接通过x86/x64函数RDTSC（读取时间戳）从处理器获取时钟计数。

- SecurityMatt

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谢谢，其他人也建议了这个。我的理解是，即使这个指令可能受到与电源管理相关的频率变化的影响，因此它是不可靠的。我错了吗？ - xxbbcc

RDTSC 返回处理器中的时钟计数器在管道中被访问时的值。如果您需要超精细时间戳控制，则需要在 RDTSC 之前执行序列化指令。此后，这是您机器上最精细的时钟计数器。 - SecurityMatt