怎样精确计算CPU频率

最近因工作需要，需要精确计算CPU的performance，顺便查了下，应该如何稍微精确的计算CPU的频率。
大概网上搜到三种方法：1，使用rdtsc，通过tsc计算CPU频率；2，IA32_APERF 和 IA32_MPERF两个MSR计算；3，系统接口”/sys/devices/system/cpu/cpu/cpufreq/scaling_cur_freq”
下面来分别比较下三种方法的优劣：

rdtsc

tsc是一个内核态和用户态都能访问的指令。有两种方式读取tsc。

内嵌汇编

__asm volatile (“rdtsc” : “=A”(t));

参考code：

#include <stdint.h>

uint64_t rdtsc(){
	unsigned int lo,hi;
	__asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=a" (lo), "=d" (hi));
	return ((uint64_t)hi << 32) | lo;
}

“=a”(lo) 和 “=d”(hi): 输出操作符，使用固定的寄存器EAX 和 EDX来存放结果。x86 rdtsc指令存放64位结果到EDX:EAX, 所以如果使用”=r”是不工作的。
((uint64_t)hi << 32) | lo

__rdtsc() intrinsic

参考code:

#include <stdint.h>
#include <x86intrin.h>

uint64_t rdtsc(){
	return __rdtsc();
}

读取CPU频率

这两种读取tsc的方法可能没啥区别，下面看下实际上读取CPU频率的逻辑：

int main(void)
{
    double c1, c2;

    c1 = rdtsc();
    sleep(1);

--> mfence();
--> __cpuid({0,0,0,0}, 0);

--> // unsigned eax;
--> //__asm__ __volatile__("cpuid" : "=a"(eax) : "a"(0x00));

    c2 = rdtsc();

    printf("CPU Frequency: %.1f MHz\n", (c2-c1)/1E6);
    printf("CPU Frequency: %.1f GHz\n", (c2-c1)/1E9);

    return 0;
}

注意，在两次rdtsc中间，需要插入fence或者cpuid，防止CPU重排序，一般现代的CPU都会发生类似下面的事情：

rdtsc
push 1
call sleep
rdtsc

重排序为：

rdtsc
rdtsc
push 1
call sleep

TSC完美的时间源，以一个固定的频率计数，无论turbo 或者 power-saveing 功能开关与否，不受这些新功能的影响。并且在较新的CPU上，CPU频率仅仅是与之接近，并不是一样的。例如 i7-6700HQ 2.6 GHz Skylake 实际频率是2592MHZ。或者4000MHz i7-6700k实际频率是4008MHZ。所以，即便禁用了turbo或者power-saving 依然不能得到CPU的准确的工作频率

IA32_MPERF 和 IA32_APERF

MPERF计数，使用一个固定不变的频率计数，是在CPU一开始启动的时候就配置好了。
APERF计数，CPU指令实际的计数。

所以得到如下公式：

1	CPU_freq = tsc_freq * (aperf_t1 - aperf_t0) / (mperf_t1 - mperf_t0)

MPERF 和 APERF 的大概读取方法如下。注意，rdmsr是特权(privileged)指令，只能运行在ring 0(内核态)。

; read MPERF
mov ecx, 0xe7
rdmsr
mov mperf_var_lo, eax
mov mperf_var_hi, edx

; read APERF
mov ecx, 0xe8
rdmsr
mov aperf_var_lo, eax
mov aperf_var_hi, edx

; read maxfreq
rdmsr ecx, 0xce
;bits 8:15