如何在进程中配置和采样英特尔性能计数器

Question

简而言之，我试图在用户态基准测试过程中实现以下目标（伪代码，假设 x86_64 和 UNIX 系统）：

results[] = ...
for (iteration = 0; iteration < num_iterations; iteration++) {
    pctr_start = sample_pctr();
    the_benchmark();
    pctr_stop = sample_pctr();
    results[iteration] = pctr_stop - pctr_start;
}

FWIW，我正在考虑使用的性能计数器是 CPU_CLK_UNHALTED.THREAD_ALL，用于读取独立于时钟频率变化的核心周期数（在 earlier question 中，我一直计划为此使用 TSC 寄存器，但唉，这根本不是这个寄存器测量的）。

我最初的意图是使用内联汇编程序首先使用WRMSR 配置一个计数器，然后在sample_pctr() 中使用RDPMC 读取计数器。

我遇到了第一个障碍，因为编写 MSR 需要内核权限。实际上，您似乎可以从用户空间读取计数器（如果配置正确），但是配置计数器（使用 MSR）的行为需要由内核。

有谁知道一种轻量级的方法来要求内核从用户空间配置性能计数器，以便我可以在我的基准测试工具中使用RDPMC？

我研究过/思考过的东西：

• Linux 的性能工具。似乎已准备好在流程的整个生命周期内进行采样，而不是在流程中作为特定点（每次迭代之前和之后）进行采样。
• 直接使用 perf 系统调用（即perf_event_open）。看起来计数器值只会定期更新（使用采样率）或在计数器超过阈值后更新。在我问的那一刻，我正好需要计数器值。这就是为什么RDPMC 看起来如此吸引人的原因。我想频繁采样本身会扭曲性能计数器读数。
• PAPI 基于 perf，因此可能继承了上述问题。
• 编写内核模块 -- 太费力，太容易出错。

理想情况下，我想要一个适用于 OpenBSD 和 Linux 的解决方案，但不知何故，我认为这是一项艰巨的任务。也许现在只适用于 Linux。

非常感谢任何帮助。谢谢。

编辑：我刚刚找到Linux msr device node，这可能就足够了。如果有更好的答案出现，我会留下问题。

Answer 1

似乎最好的方法——至少对于 Linux 来说——是使用the msr device node。

您只需打开一个设备节点，查找所需 MSR 的地址，然后读取或写入 8 个字节。

OpenBSD 更难，因为（在撰写本文时）MSR 没有用户空间代理。所以你需要编写一个内核模块或手动实现一个 sysctl。