当调用QueryPerformanceCounter时会发生什么？

Question

我正在研究在我们系统中使用QueryPerformanceCounter的确切影响，并试图了解它对应用程序的影响。我通过在我的4核单CPU机器上运行它可以看到，它需要大约230纳秒才能运行。当我在一个24核4 CPU的Xeon上运行它时，它需要大约1.4毫秒才能运行。更有趣的是，在我的机器上，当在多个线程中运行它们时，它们互不影响。但在多CPU机器上，线程会导致某种相互作用，使它们彼此阻塞。

我想知道是否有一些共享资源在总线上，它们都要查询？当我调用QueryPerformanceCounter时会发生什么，它实际上又测量了什么？

- Matt Price

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哦天啊，1.4毫秒！是的，这是一个好问题。根据这里的说法：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/dn553408(v=vs.85).aspx，它以800纳秒为例说明了一台表现不佳的机器。1.4毫秒将会是超级糟糕的。 - v.oddou

在编写分析器时，我也遇到了这个问题。每次函数启动和返回时都会查询计时器。使用QueryPerformanceCounter会使程序变得非常缓慢。使用GetTickCount不会导致明显的减速，但它无法用于精确的分析。 - Calmarius

Answer 1

Windows QueryPerformanceCounter() 函数有逻辑可以确定处理器数量并在必要时调用同步逻辑。它试图使用 TSC 寄存器，但对于多处理器系统，该寄存器不能保证在处理器之间同步（更重要的是可能会因智能降频和睡眠状态而大幅变化）。

MSDN 表示，在任何处理器上调用该函数都没有影响，因此在这种情况下可能会出现额外的同步代码导致开销增加。另外，请记住它可能会引发总线传输，所以您可能会看到总线争用的延迟。

如果可能的话，尝试使用 SetThreadAffinityMask() 将其绑定到特定的处理器。否则，您可能只能接受延迟，或者尝试使用不同的计时器（例如，查看 http://en.wikipedia.org/wiki/High_Precision_Event_Timer）。

- Ron Warholic

Answer 2

我知道这个帖子有点旧了，但我想添加更多信息。首先，我同意QueryPerformanceCounter在某些机器上可能需要更多时间，但我不确定Ron的答案是否总是导致这种情况。当我研究这个问题时，我发现了一些网页，讲述了QueryPerformanceCounter的实现方式。例如，Precision is not the same as accuracy告诉我Windows（具体来说是HAL）将使用不同的计时设备来获取值。这意味着如果Windows使用较慢的计时设备（如PIT），则获取时间值需要更长时间。显然，使用PIT可能需要PCI事务，这可能是一个原因。

我还发现另一篇文章：How It Works: Timer Outputs in SQL Server 2008 R2 - Invariant TSC提供类似的描述。实际上，这篇文章告诉我们SQLServer如何以最佳方式计时事务。

然后，我在VMware网站上找到了更多信息，因为我必须处理使用虚拟机的客户，并且我发现在VM中测量时间存在其他问题。对于那些感兴趣的人，请参阅VMware论文-VMware虚拟机中的时间管理。在这篇论文中，它还谈到一些Windows版本会同步每个TSC。因此，在某些情况下使用QueryPerformanceCounter()是安全的，我认为我们应该尝试一些类似于How It Works: Timer Outputs in SQL Server 2008 R2建议的方法，以查找调用QueryPerformanceCounter()时可能发生的事情。

- istudy0

Answer 3

我曾认为在x86上，QueryPerformanceCounter()只是在内部调用rdtsc。我很惊讶它在多核机器上有任何减速（我从未在我的4核CPU上注意到过）。

- Aaron

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我不知道在实践中它是否有重大影响，除非你直接寻找它，否则可能无法测量。在4核CPU上，无论如何都没有减速 :) - Matt Price

@Goz 虽然这在旧的 Opteron 上尤为明显，但是新的多核 CPU 具有同步的 TSC 寄存器。 - v.oddou

@v.oddou：可能是真的...但时间戳计数器不是一个简单的循环计数吗？它是否考虑了节流？ - Goz

@Goz 是的，我一直对这个问题很好奇。我唯一能合理想象到的实际情况是，所有核心的速度都会同时提高。这反映在像“coretemp”或“CPUz”这样的程序中，它们只显示1个频率，但却有4个温度和使用率条形图。 - v.oddou

Answer 4

很久没有使用这么多了，但是如果我没记错的话，这个函数的实现不止一个，因为其内部由各种硬件制造商提供。以下是MSDN的一篇小文章：http://msdn.microsoft.com/ja-jp/library/cc399059.aspx。此外，如果您正在查询多个CPU的性能（而不是单个CPU上的多个核心），它将必须通过总线进行通信，这既更慢，也可能是您看到的某些阻塞的原因。不过，就像我之前说的那样，已经有很长时间了。

Mike

- mkgrunder