uarch-bench 项目使用教程

1. 项目介绍

uarch-bench 是一个用于低级 CPU 微架构特性基准测试的开源项目。它旨在通过一系列微基准测试来研究目标 CPU 的微架构细节，或者精确地重复测试小函数。该项目目前处于早期阶段，文档和测试有限，但欢迎拉取请求和问题反馈。

项目目标

• 微架构研究：通过基准测试暴露现代 CPU 的特定微架构特性变化。
• 性能指导：为高度优化的算法提供低级性能信息，以指导其实现。
• 满足好奇心：收集不同架构的结果，为关心这些细节的人提供参考。
• 快速测试：提供一个标准化的方式，快速进行小型汇编或 C/C++ 代码片段的测试。

平台支持

目前仅支持 x86 Linux 平台，未来可能会扩展到 Windows 和 macOS。

2. 项目快速启动

2.1 环境准备

在开始之前，确保你的系统已经安装了以下工具：

• C++ 编译器（如 g++ 或 clang++）
• nasm（汇编器）
• msr-tools（仅在 Intel 平台上使用，用于禁用 Turbo Boost）

在 Debian 系统上，可以使用以下命令安装这些工具：

sudo apt-get install nasm
sudo apt-get install msr-tools

2.2 克隆项目

使用 --recursive 标志克隆项目，以确保所有子模块也被正确下载：

git clone --recursive https://github.com/travisdowns/uarch-bench.git

如果你已经克隆了项目但没有使用 --recursive 标志，可以通过以下命令更新子模块：

git submodule update --init

2.3 构建项目

进入项目目录并运行 make 命令进行构建：

cd uarch-bench
make

如果你需要修改构建设置，可以在 config.mk 文件中进行修改，或者创建一个 local.mk 文件（该文件会被 git 忽略，避免合并冲突）。

2.4 运行基准测试

建议以 root 权限运行基准测试脚本，以确保能够禁用频率缩放并使用 USE_LIBPFC=1 模式：

sudo ./uarch-bench.sh

如果你不想以 root 运行，也可以直接运行 uarch-bench 二进制文件，但会有一些功能限制。

3. 应用案例和最佳实践

3.1 微架构研究

uarch-bench 可以用于研究不同 CPU 架构之间的微架构差异。例如，通过测试存储到加载转发的行为，可以了解存储缓冲区的特性。

3.2 性能优化

在编写高度优化的 C 或 C++ 方法时，可以使用 uarch-bench 来测试不同实现方式的性能，例如对齐和未对齐访问的成本。

3.3 快速原型测试

当你需要快速测试一些小型汇编或 C/C++ 代码片段时，uarch-bench 提供了一个标准化的框架，帮助你快速实现并运行测试。

4. 典型生态项目

uarch-bench 作为一个专注于低级 CPU 微架构特性基准测试的项目，与其他性能分析和优化工具形成了良好的互补关系。以下是一些典型的生态项目：

• perf：Linux 内核自带的性能分析工具，可以与 uarch-bench 结合使用，提供更全面的性能分析。
• Intel VTune：Intel 提供的性能分析工具，适用于更高级的性能调优和瓶颈分析。
• GCC/Clang 编译器：通过与编译器结合使用，可以更好地理解编译器优化对代码性能的影响。

通过这些工具的结合使用，可以更全面地理解和优化 CPU 性能。