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分享使用增强的计时器测量代码段（Code Section）
介绍
作者：英特尔公司 Paul Work 和 Khang Nguyen
了解如何使用增强的计时器精确测量短时间内的事件。
要测量应用的性能，通常的做法是对代码段进行计时，在代码段中，代码优化前后会出现热点或瓶颈。有很多方法可以测量代码段所花费的时间。最常用的方法是使用秒表对事件计时。系统计时器可用于测量事件，其精确度可达到 10 毫秒。非常适用于可持续 2 秒或更长时间的事件。要测量持续时间小于 10 毫秒的事件的时间，您需要粒度更精细的计时器。由于当今的处理器都在 1GHz 以上的频率上运行，因此您可以使用处理器时钟来计时精确度远远超过 10 毫秒的事件。但是，对于支持英特尔 SpeedStep® 动态节能技术或增强型英特尔 SpeedStep® 动态节能技术的笔记本电脑或系统来说，其处理器频率不会始终保持一致。频率将根据 CPU 利用率发生变化，由此让笔记本电脑在使用电池供电时降低功耗。为了精确测量短时间内的事件，我们需要一个在测量过程中不会发生变化的计时器，而且其精确度必须要比系统计时器高。本文就此类计时器展开讨论。
现有计时器
以下部分将就某些常见的计时器及其局限性进行探讨。
使用秒表
秒表使用起来非常容易且方便。可以快速确定修改后的代码是否比原有代码运行的快。但是，这种计时器的精确度在很大程度上取决于人工的精确度。因此这种计时方法应用来测量持续时间超过 5 秒的事件。它可以用于精确度不是太高的应用。
使用 C 函数计时
为了消除人为错误，可使用 C 函数“time()”。在代码段前后调用函数“time()”，计算其差值可得出执行该代码所需的时间。这种计时器的精确度为 +/-1 秒。它可以对持续时间长达 79 年的事件进行计时。
使用多媒体函数 timeGetTime
对于需要更高精确度的事件来说，可使用多媒体计时器。该函数的名称为 timeGetTime。这种计时器的使用方法与 C 运行时函数相同，在代码段前后调用函数 timeGetTime，获得两次读取之间的差值。这种计时器的精确度可达 +/-10 毫秒，可处理持续时间长达 49 天的事件。
使用处理器时钟
这种计时器非常精确。在采用 3GHz 处理器的系统上，它可以测量持续时间小于 1 纳秒的事件。这种计时器在 3GHz 系统上的精确度为 +/-0.333 纳秒。但是，这种计时器无法通过高级语言直接访问。只能使用汇编指令 Read Time Stamp Counter（RDTSC）才能对其调用。根据时间值的存储方式不同，这种计时器可处理持续时间较长的事件。例如，如果将时间值存储为 32 位值，那么该计时器就可以测量持续时间最多为 1.432 秒的事件。但是，如果返还的时间为 64 位值，那么它就可以对持续时间在 194 年之内的事件进行计时。使用处理器时钟有一个缺点。如，使用英特尔® 奔腾® II 处理器以及以后处理器的笔记本电脑都内置了英特尔 SpeedStep® 动态节能技术。但是英特尔 SpeedStep® 动态节能技术对于笔记本电脑采用电池供电时节约电能非常实用，因为它会改变处理器的频率。如果频率在目标代码运行时发生变化，那么最终的读数就没有意义，因为最初和最终读数不是在时钟频率相同的情况下获得的。在此过程中所出现的时钟计时单元（clock ticks）数量是准确的，但是所耗时间未知。
增强的计时器
该增强的计时器（Etimer）是基于两个 Windows* API 函数，而这两个 API 函数分别是：QueryPerformanceCounter 和 QueryPerformanceFrequency。我们并不清楚微软使用什么频率在给定平台上执行这两个函数。但有一点可以肯定，计时器的频率在计时过程中绝不会发生变化。计时器可能会是芯片组计时器，也可能是电源管理计时器，或其它计时器。Etimer 的创建是为了实现两个目标：首先，它可以作为一种精确度达到纳秒级的高精度计时器，其次，它不受英特尔 SpeedStep® 动态节能技术、增强型英特尔 SpeedStep® 动态节能技术或其它类似技术的限制。操作系统将进行检查，看看系统是否内置了高性能的时钟，如果有的话，系统就没有英特尔 SpeedStep® 动态节能技术此类的能耗节省机制，那么计时器就可以充分利用该时钟的优势，这与处理器时钟最为相似。否则的话，计时器就将使用其它频率一致的时钟，如芯片组、基本输入与输出系统（BIOS）或电源管理计时器。当在您的应用中使用此种时钟时，还有一些因素需要考虑。由于 Etimer 使用系统调用 QueryPerformanceCounter 和 QueryPerformanceFrequency，因此将产生与系统调用相关的开销（overhead）。Etimer 的检查机制也会占用相关的资源，以确保所有的测量均是在相同的处理器上进行的。如果系统开销（overhead）对于您的应用来说过多，您可以通过调用指令 RDTSC，来使用处理器时钟。下面我们就可以使用RDTSC的情形进行探讨。通常在多处理器系统中，Windows 会将时间戳计数器（TSC’s）在所有的处理器上保持同步。TSC 值并不完全相同，但它们之间相差很小。当函数 QueryPerformanceFrequency 的返回值与处理器时钟的相同时，Windows 就将 TSC 保持同步。在这种情况下，您可以安全地使用 TSC，而且不用担心他们来自哪个处理器。因此，您就可以消除所有与该机制相关的系统开销（overhead），该机制会迫使所有的测量在相同的处理器上进行。
使用增强的计时器
以下部分将讨论如何使用 Etimer。
增强计时器的结构
增强的计时器包含两个文件：Etimer.h 和 Etimer.lib。Etimer.h 包含所有的错误信息、数据结构以及 Etimer 库中函数的函数声明。下面部分列出了 Etimer.h 文件的内容。
Etimer.h
下列是 Etimer.h 文件的代码段：
结论
不同的计时器具有不同的用途。Etimer用于需要较高精确度的应用，以及受英特尔 SpeedStep® 动态节能技术这样的节能机制影响的系统。Etimer 在检查多处理器环境中的可用处理器时会占用资源。这可以确保在相同的处理器上获得初始和最终时间。Etimer 在使用系统调用 QueryPerformanceCounter 时也会产生系统开销（overhead）。但是，如果计时器仅是为了检查初始代码与优化过的代码的性能，那么 overhead 的影响就可以互相抵消，因为它在两种情况下都会出现。另外，在重置计时器之前，确保你已经计算了该计时器可以处理的最大值。
作者：英特尔公司 Paul Work 和 Khang Nguyen
了解如何使用增强的计时器精确测量短时间内的事件。
要测量应用的性能，通常的做法是对代码段进行计时，在代码段中，代码优化前后会出现热点或瓶颈。有很多方法可以测量代码段所花费的时间。最常用的方法是使用秒表对事件计时。系统计时器可用于测量事件，其精确度可达到 10 毫秒。非常适用于可持续 2 秒或更长时间的事件。要测量持续时间小于 10 毫秒的事件的时间，您需要粒度更精细的计时器。由于当今的处理器都在 1GHz 以上的频率上运行，因此您可以使用处理器时钟来计时精确度远远超过 10 毫秒的事件。但是，对于支持英特尔 SpeedStep® 动态节能技术或增强型英特尔 SpeedStep® 动态节能技术的笔记本电脑或系统来说，其处理器频率不会始终保持一致。频率将根据 CPU 利用率发生变化，由此让笔记本电脑在使用电池供电时降低功耗。为了精确测量短时间内的事件，我们需要一个在测量过程中不会发生变化的计时器，而且其精确度必须要比系统计时器高。本文就此类计时器展开讨论。
现有计时器
以下部分将就某些常见的计时器及其局限性进行探讨。
使用秒表
秒表使用起来非常容易且方便。可以快速确定修改后的代码是否比原有代码运行的快。但是，这种计时器的精确度在很大程度上取决于人工的精确度。因此这种计时方法应用来测量持续时间超过 5 秒的事件。它可以用于精确度不是太高的应用。
使用 C 函数计时
为了消除人为错误，可使用 C 函数“time()”。在代码段前后调用函数“time()”，计算其差值可得出执行该代码所需的时间。这种计时器的精确度为 +/-1 秒。它可以对持续时间长达 79 年的事件进行计时。
使用多媒体函数 timeGetTime
对于需要更高精确度的事件来说，可使用多媒体计时器。该函数的名称为 timeGetTime。这种计时器的使用方法与 C 运行时函数相同，在代码段前后调用函数 timeGetTime，获得两次读取之间的差值。这种计时器的精确度可达 +/-10 毫秒，可处理持续时间长达 49 天的事件。
使用处理器时钟
这种计时器非常精确。在采用 3GHz 处理器的系统上，它可以测量持续时间小于 1 纳秒的事件。这种计时器在 3GHz 系统上的精确度为 +/-0.333 纳秒。但是，这种计时器无法通过高级语言直接访问。只能使用汇编指令 Read Time Stamp Counter（RDTSC）才能对其调用。根据时间值的存储方式不同，这种计时器可处理持续时间较长的事件。例如，如果将时间值存储为 32 位值，那么该计时器就可以测量持续时间最多为 1.432 秒的事件。但是，如果返还的时间为 64 位值，那么它就可以对持续时间在 194 年之内的事件进行计时。使用处理器时钟有一个缺点。如，使用英特尔® 奔腾® II 处理器以及以后处理器的笔记本电脑都内置了英特尔 SpeedStep® 动态节能技术。但是英特尔 SpeedStep® 动态节能技术对于笔记本电脑采用电池供电时节约电能非常实用，因为它会改变处理器的频率。如果频率在目标代码运行时发生变化，那么最终的读数就没有意义，因为最初和最终读数不是在时钟频率相同的情况下获得的。在此过程中所出现的时钟计时单元（clock ticks）数量是准确的，但是所耗时间未知。
增强的计时器
该增强的计时器（Etimer）是基于两个 Windows* API 函数，而这两个 API 函数分别是：QueryPerformanceCounter 和 QueryPerformanceFrequency。我们并不清楚微软使用什么频率在给定平台上执行这两个函数。但有一点可以肯定，计时器的频率在计时过程中绝不会发生变化。计时器可能会是芯片组计时器，也可能是电源管理计时器，或其它计时器。Etimer 的创建是为了实现两个目标：首先，它可以作为一种精确度达到纳秒级的高精度计时器，其次，它不受英特尔 SpeedStep® 动态节能技术、增强型英特尔 SpeedStep® 动态节能技术或其它类似技术的限制。操作系统将进行检查，看看系统是否内置了高性能的时钟，如果有的话，系统就没有英特尔 SpeedStep® 动态节能技术此类的能耗节省机制，那么计时器就可以充分利用该时钟的优势，这与处理器时钟最为相似。否则的话，计时器就将使用其它频率一致的时钟，如芯片组、基本输入与输出系统（BIOS）或电源管理计时器。当在您的应用中使用此种时钟时，还有一些因素需要考虑。由于 Etimer 使用系统调用 QueryPerformanceCounter 和 QueryPerformanceFrequency，因此将产生与系统调用相关的开销（overhead）。Etimer 的检查机制也会占用相关的资源，以确保所有的测量均是在相同的处理器上进行的。如果系统开销（overhead）对于您的应用来说过多，您可以通过调用指令 RDTSC，来使用处理器时钟。下面我们就可以使用RDTSC的情形进行探讨。通常在多处理器系统中，Windows 会将时间戳计数器（TSC’s）在所有的处理器上保持同步。TSC 值并不完全相同，但它们之间相差很小。当函数 QueryPerformanceFrequency 的返回值与处理器时钟的相同时，Windows 就将 TSC 保持同步。在这种情况下，您可以安全地使用 TSC，而且不用担心他们来自哪个处理器。因此，您就可以消除所有与该机制相关的系统开销（overhead），该机制会迫使所有的测量在相同的处理器上进行。
使用增强的计时器
以下部分将讨论如何使用 Etimer。
增强计时器的结构
增强的计时器包含两个文件：Etimer.h 和 Etimer.lib。Etimer.h 包含所有的错误信息、数据结构以及 Etimer 库中函数的函数声明。下面部分列出了 Etimer.h 文件的内容。
Etimer.h
下列是 Etimer.h 文件的代码段：
结论
不同的计时器具有不同的用途。Etimer用于需要较高精确度的应用，以及受英特尔 SpeedStep® 动态节能技术这样的节能机制影响的系统。Etimer 在检查多处理器环境中的可用处理器时会占用资源。这可以确保在相同的处理器上获得初始和最终时间。Etimer 在使用系统调用 QueryPerformanceCounter 时也会产生系统开销（overhead）。但是，如果计时器仅是为了检查初始代码与优化过的代码的性能，那么 overhead 的影响就可以互相抵消，因为它在两种情况下都会出现。另外，在重置计时器之前，确保你已经计算了该计时器可以处理的最大值。
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