原文

Linux内核学习之BogoMIPS值的计算


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作者:曹磊
对于每一个linux编程爱好者来说，他们都有一个共同的心愿，就是了解linux的内核。但是linux内核的庞大与复杂让人望而生畏。往往是鼓足勇气 一头扎进去，学得昏天黑地的，却没有学到什么。这里我想说，初学者不妨先学习学习内核中一些简单的函数，从中既可以得到乐趣，又能了解到内核的一些编程风 格。然后，再将linux划分成几个部分，如进程调度、内存管理等，对每个部分从原理上去把握了解。接着，在详细分析各个部分的具体实现。最后，各部分串 在一起，把过去单独分析时，不懂的地方加以重新了解。这样循环监禁，可以让我们更快更系统的学习linux的内核。
这是我对内核学习的一些理解，欢迎各位提宝贵意见。我今天向大家介绍的是linux内核中一个有趣的函数calibrate_delay（）。
calibrate_delay（）函数可以计算出cpu在一秒钟内执行了多少次一个极短的循环，计算出来的值经过处理后得到BogoMIPS 值，Bogo是Bogus(伪)的意思，MIPS是millions of instructions per second(百万条指令每秒)的缩写。这样我们就知道了其实这个函数是linux内核中一个cpu性能测试函数。由于内核对这个数值的要求不高，所以内 核使用了一个十分简单而有效的算法用于得到这个值。这个值虽然不准确，但也足以令我们心动。如果你想了解自己机器的BogoMIPS，你可以察看 /proc/cpuinfo文件中的最后一行。在你知道了自己cpu的BogoMIPS之后，如果你觉得不过瘾，那么让我们一起来看看 calibrate_delay函数是怎么完成工作的。
下面是calibrate_delay的源代码，我在每行之前都加上了行号，以便讲解。
1 #define LPS_PREC 8
2 void __init calibrate_delay(void)
3 {
4 unsigned long ticks,loopbit;
5 int lps_precision=LPS_PREC
6
7 loops_per_sec=(1<<12);
8
9 printk(“Calibrating delay loop…”);
10 while(loops_per_sec<<=1) {
11 /* wait for “start of” clock tick */
12 ticks=jiffies;
13 while(ticks==jiffies)
14 /* nothing */;
15 /* Go… */
16 ticks=jiffies;
17 __delay(loops_per_sec);
18 ticks=jiffies-ticks;
19 if(ticks)
20 break;
21 }
22
23 /* Do a binary approximation to get loops_per_second set
24 * to equal one clock (up to lps_precision bits) */
25 loops_per_sec >>=1;
26 loopbit=loop_per_sec;
27 while(lps_precision-- && (loopbit >>=1) ) {
28 loops_per_sec |= loopbit;
29 ticks=jiffies;
30 while(ticks==jiffies);
31 ticks=jiffies;
32 __delay(loops_per_sec);
33 if(jiffies!=ticks) /* longer than 1 tick */
34 loops_per_sec &=~loopbit;
35 }
36 /* finally,adjust loops per second in terms of seconds
37 * instead of clocks */
38 loops_per_sec *= HZ;
39 /* Round the value and print it */
40 printk(“%lu.%02lu BogoMIPSn”,
41 (loops_per_sec+2500)/500000,
42 ((loops_per_sec+2500)/5000) % 100);
43 }
对calibrate_delay()函数分析如下：
1 定义计算BogoMIPS的精度，这个值越大，则计算出的BogoMIPS越精确。
7 loops_per_sec为每秒钟执行一个极短的循环的次数。
9 printk()是内核消息日志打印函数，用法同printf()函数。
10 第10至21行，是第一次计算loops_per_sec的值，这次计算只是一个粗略的计算，为下面的计算打好基础。
11 第11 至16行，是用于等待一个新的定时器滴答（它大概是百万分之一秒）的开始。可以想象我们要计算loops_per_sec的值，可以在一个滴答的开始时， 立即重复执行一个极短的循环，当一个滴答结束时，这个循环执行了多少次就是我们要求的初步的值，再用它乘以一秒钟内的滴答数就是 loops_per_sec的值。
12 系统用jiffies全局变量记录了从系统开始工作到现在为止，所经过的滴答数。它会被内核自动更新。这行语句用于记录当前滴答数到tick变量中。
13 注意这是一个没有循环体得空循环，第14行仅有一个“；”号。这条循环语句是通过判断tick的值与jiffies的值是否不同，来判断jiffies是否变化，即是否一个新的滴答开始了
16 记录下新的滴答数以备后用。
17 根据loops_per_sec值进行延时（及执行loop_per_sec次极短循环）。
18 以下三行用于判断执行的延时是否超过一个滴答。一般loops_per_sec的初始值并不大，所以循环会逐步加大loops_per_sec的值，直到 延时超过一个滴答。我们可以看出，前一次loops_per_sec的值还因太小不合适时，经过一次增大，它提高了两倍，满足了循环条件，跳出循环，而这 个值实在是误差太大，所以我们还要经过第二次计算。这里还要注意的是通过上面的分析,我们可以知道更加精确的loops_per_sec的值应该在现在的 值与它的一半之间。
23 这里开始就是第二次计算了。它用折半查找法在我们上面所说的范围内计算出了更精确的loops_per_sec的值。
25 义查找范围的最小值，我把它称为起点。
26 定义查找范围，这样我们就可以看到loop_per_sec的值在“起点”与“起点加范围（终点）”之间。
27 进入循环，将查找范围减半。
28 重新定义起点，起点在“原起点加27行减半范围”处，即新起点在原先起点与终点的中间。这时我们可以看出loops_per_sec在“新起点”与“新起点加减半范围（新终点）”之间。
29 第29至32行与第12至17行一致，都是等待新的滴答，执行延时。
33 如果延时过短，说明loops_per_sec的值小了，将会跳过这部分，再次进入循环。它将是通过不断的折半方式来增大。如果延时过长，说明 loops_per_sec的值大了，将起点重新返回原起点，当再次进入循环，由于范围减半，故可以达到减小的效果。
38 计算出每秒执行极短循环的次数。从这里我们可以看出它好像是个死循环，所以加入了lps_precision变量，来控制循环，即LPS_PREC越大， 循环次数越多，越精确。可能这些不太好懂，总的说来，它首先将loop_per_sec的值定为原估算值的1/2,作为起点值(我这样称呼它),以估算值 为终点值.然后找出起点值到终点值的中间值.用上面相同的方法执行一段时间的延时循环.如果延时超过了一个tick,说明loop_per_sec值偏 大,则仍以原起点值为起点值,以原中间值为终点值,以起点值和终点值的中间为中间值继续进行查找,如果没有超过一个tick,说明 loop_per_sec偏小,则以原中间值为起点值,以原终点值为终点值继续查找。
40 出BogoMIPS，并打印。