Rdtsc

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 29. december 2019; checks kræver 5 redigeringer .

rdtsc ( Read Time Stamp Counter ) er en assembler -  instruktion til x86- og x86_64-platforme , der læser TSC ( Time Stamp Counter )-tælleren og returnerer 64-bit antallet af clock-cyklusser i EDX: EAX- registrene siden sidste processornulstilling .

rdtsc er understøttet på Pentium (og kompatible) og nyere processorer. Opcode : 0F 31 [1] .

rdtscp [2] er blevet understøttet siden Intel Nehalem og AMD Family 0x0F [3] . Opcode: 0F 01 F9 [4] .

Brug

rdtsc er mest brugt:

• at måle tid;
• til nøjagtig måling af tidsintervaller, herunder under optimering (måling af den tid, der kræves for at udføre specifikke instruktioner eller deres sæt);
• til anti-debugging formål; [5] [6]
• som en entropikilde for pseudo-tilfældige talgeneratorer . [7]

Fordele

Sammenlignet med operativsystem- leverede API'er som WINAPI::QueryPerformanceCounter() eller gettimeofday() kan rdtsc/rdtscp-instruktioner give følgende fordele:

• Bedre nøjagtighed, især for arkitekturer og ældre operativsystemer, der ikke har fuld HPET- understøttelse . Sådanne operativsystemer bruger en systemtimer med lav nøjagtighed (nogle gange op til et planlægningsudsnit, OsTimeSlice, i størrelsesordenen enheder eller titusinder af millisekunder).
• Mindre overhead: rdtsc/rdtscp-instruktioner udføres i omkring et dusin clock-cyklusser, hvilket er meget hurtigere end systemkald.
• Kræver ikke skift til Ring0 privilegeret tilstand eller hypervisor på de fleste systemer (hvis kommandoen er tilladt på OS).

Brugsproblemer

• Der bør være programtilstande, der ikke kræver denne kommando, da RDTSC / RDTSCP potentielt kan være utilgængelige eller forbudte til brug på slutsystemet, hvor applikationen skal bruges:
  • på meget gamle processorer (f.eks. 80486 ) eller på systemer, der ikke fuldt ud implementerer x86-arkitekturen.
  • instruktionen kan potentielt omdannes til en privilegeret instruktion (den 3. bit i CR4 kontrolregisteret indstilles af operativsystemet), og dens brug vil resultere i, at en undtagelse bliver smidt i programmet.
  • instruktionen kan opsnappes af virtualiseringssystemer, dens brug vil føre til et hyperkald.

• Strømsparetilstanden kan påvirke antallet af ur:
  • Når frekvensen ændres dynamisk af processoren (reducerer og øger frekvensen i SpeedStep, Turbo Boost, Cool&Quiet og lignende teknologier), ændres hastigheden på TSC-tælleren.
  • Sætte en processor i dyb dvaletilstand C3 stopper TSC-tælleren på ældre processorer.
  • I moderne Intel-processorer ( Nehalem og nyere) og AMD (formodentlig siden K10 Barcelona/Phenom) er TSC-tælleren uafhængig af brugen af ​​strømbesparende teknologier og stiger med en konstant frekvens, uanset hvilken frekvens processoren kører på og om den kørte eller var i søvntilstand. En sådan tæller kaldes invariant ( invariant TSC ).

• Nøjagtige målinger er muligvis ikke mulige med en enkelt udførelse af det målte fragment af instruktioner på grund af påvirkningen af ​​processorcaches, når der tilgås hukommelse. Det løses traditionelt ved gentagne gange at måle et programfragment eller ved at gentage det målte fragment i en loop.
• RDTSC kan genbestilles med afmålte instruktioner på Out-of-Order processorer. Genbestilling kan deaktiveres ved at tilføje serialiseringskommandoer (f.eks. CLD/CLC for Pentium - modeller P5, P54 [8] eller cpuid for nyere modeller) eller ved at bruge RDTSCP.
• Kort fragmentvarighedsmålinger kan være ustabile i multi-core og multi-processor systemer, eller ved brug af HyperThreading på grund af gensidig påvirkning fra andre tråde og belastningen på delte processorenheder.

• TSC-tællerne kan i sjældne tilfælde være ude af synkronisering på nogle multi-core eller multi-processor systemer, især:
  • Ved initialisering af processorer.
  • Det er muligt for tællere at blive ude af synkronisering på tidlige multi-core-systemer på grund af forkert initialisering af processorer af nogle BIOS'er. Rettet ved at opdatere BIOS eller opdatere operativsystemet. Der er programmer til at kontrollere for denne fejl. [9]
  • Operativsystemet kan skifte tråd mellem forskellige kerner, der har ikke-synkroniserede tællere. På applikationsniveau kan du spore kendsgerningen om en kerneændring på multi-core-systemer ved hjælp af RDTSCP-instruktionen, som, der fungerer på samme måde som RDTSC, desuden returnerer nummeret på den logiske processor i ECX-registeret.

For at løse mange problemer anbefales det at rette tråden på en specifik processor ( cpu-affinitet ) og deaktivere automatiske frekvensændringsteknologier (strømbesparende teknologier og dynamiske ydelsesændringer).

Noter

1. ↑ Softwareudviklermanual til Intel® 64 og IA-32  Architectures . — Bd. 2 (Instruktionssæt-reference). - S. 4-301.
2. ↑ En serialiseringsversion af rdtsc-instruktionen, der også læser IA32_TSC_AUX MSR, som ofte gemmer kernenummeret.
3. ↑ rdtscp . Hentet 1. november 2011. Arkiveret fra originalen 2. januar 2012. (ubestemt)
4. ↑ Softwareudviklermanual til Intel® 64 og IA-32  Architectures . — Bd. 2 (Instruktionssæt-reference). - S. 4-303.
5. ↑ Windows Anti-Debug Reference | Symantec Connect-fællesskabet . Dato for adgang: 30. december 2011. Arkiveret fra originalen 14. januar 2012. (ubestemt)
6. ↑ Slide 58 Timing Based Anti-Debugging Arkiveret 4. marts 2012.
7. ↑ Tom St. Denis, Simon Johnson, Kryptografi for udviklere Arkiveret 9. oktober 2021 på Wayback Machine .
8. ↑ Sådan optimeres til Pentium-familien af ​​mikroprocessorer Arkiveret 6. januar 2012 på Wayback Machine // 1996-2000 af Agner Fog. Kapitel "30. Test hastighed", arkiveret 19. november 2011.
9. ↑ ICE Affinitet . Hentet 19. oktober 2011. Arkiveret fra originalen 7. september 2011. (ubestemt)

Links

• Intel 64 og IA-32 Architectures Software Developer's Manual. Bind 2B: Instruktionssætreference, NZ , s. 355-356
• Nyttig artikel "Ydeevnemålinger med RDTSC"