现代 x86 CPU 中是否有一个计数器，它只计算在中断处理程序中花费的时间（或周期）？

Question

这不是一个重复的问题。 有人声称这个问题是这个问题的副本。 但是，我没有提到“Linux”或“内核”（标签和文本中都没有）。 因此，声称这是处理 Linux 和 perf 的问题的重复是错误的。

我想知道如何在没有外部程序的情况下测量中断时间。 换句话说，我想自己在代码中进行时间测量，最好使用硬件寄存器。 为了这个问题，我们假设没有操作系统。

说了这么多：

在类似 Pentium-M 处理器上运行的汇编程序中，我想测量某个程序执行所需的时间。 这通常是显而易见的，有很多文章说明并展示了如何做到这一点，而且我也有自己的可靠方法。

但是，在这种情况下，存在一个问题：程序可能随时被中断（通过硬件中断）。 由于我想测量程序本身的纯执行时间，事情变得越来越复杂：

• 测量整个过程所需的时间（简单）
• 测量程序运行时中断处理程序所需的时间（不是那么容易）
• 从整个时间中减去中断时间得到我感兴趣的数字

我一直认为在“现代”英特尔 PC CPU 上有一个计数器，它只在 CPU 执行中断处理程序时计数。 但情况似乎并非如此。 至少，我没有在 Intel 64 和 IA-32 架构软件开发人员手册的“性能监控”一章中找到它。

我已经制定了一个适合我目前需求的解决方案，但是对于未来的情况，它并不像我希望的那样精确，而且它也不是很优雅。

因此，我想知道我是否错过了一个硬件计数器，它可以通过仅在执行中断处理程序时计数（或者仅在执行不在中断处理程序中的代码时计数）来帮助我。

禁用中断来测量纯过程执行时间不是一种选择，因为中断处理程序中发生的事情可能会影响过程的执行。

该过程和中断处理程序在同一个内核上运行。

整个代码（过程和中断处理程序）在环 0 中运行。

Answer 1

不，对此没有硬件支持，仅用于编程计数器以在环 0（内核模式）与环 3（用户空间）中计数。 这就是 Linux perf用来实现perf stat --all-user或--all-kernel或cycles:u或:k修饰符的方法。 （我不确定哪一个环 1 和环 2 被混为一谈）。

x86 ISA 不会将处于“中断处理程序”中的状态区分为特殊状态。 这只是一个软件概念，例如，主流内核中的中断处理程序可能会通过跳转到一个名为schedule()的函数来决定是返回到被中断的任务还是返回某个其他任务。 最终可能会有一个iret （中断返回），但这并不是“特殊”，除了从当前堆栈中弹出 CS:RIP、RSP 和 RFLAGS 之外，这可能很难用其他指令来模拟。

但是，如果内核上下文切换到之前进行了阻塞系统调用的任务，它可能会通过sysret返回用户空间，仅在上下文切换回被中断的任务后很久才运行iret 。 你不需要做任何特别的事情来告诉 x86 CPU 你已经完成了一个中断处理程序（可能不像其他一些 ISA），所以 CPU 甚至没有什么可以监视的。

APIC（外部中断的中断控制器）可能需要被戳，让它知道我们已经准备好处理这种类型的进一步中断，但 CPU 内核本身可能不会跟踪这一点。

因此，可以想象假设的 x86 硬件使用几种不同的启发式方法来判断中断处理程序何时完成，但我认为实际的 x86 硬件 PMU 不会做任何这些。

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对于在用户空间中运行（并且不进行系统调用）的分析代码的正常情况， perf stat --all-user （或手动编程它将使用的 PMU 设置）将完全按照您的意愿进行，不计入CPU处于内核模式时的任何内容。 唯一的内核时间将在中断处理程序中。

但是对于您的情况，您要分析的代码在环 0 中运行，硬件无法帮助您。

除非你在你的中断处理程序中做了非常耗时的事情（与其他工作量相比），否则只让它们被计算就足够了。 至少对于像“循环”这样的事件。 如果中断处理程序导致大量 TLB 未命中或缓存未命中或其他原因，则可能会影响您对其他事件的计数。

您的中断处理程序可以在开始/结束时运行rdpmc并可能将每个事件的计数汇总到一些全局（或核心本地）变量中，因此您可以从主要计数中减去一些内容。 但这会给每个中断处理程序增加多个rdpmc指令的开销。