直接读取CPU PMC失败：指令退休计数器0x000000c0返回0，求排查

我尝试不使用Perf等工具直接读取CPU性能监控计数器（PMC），但统计已退休指令数的计数器0x000000c0输出结果始终为0，请问测试或代码中是否存在错误？

测试代码 #

#include <stdint.h>
#include <stdio.h>
#include "pmc.h"
#include <fstream>
#include <iostream>
using namespace std;
counter programmables[] =
{
  { 0x000000c0ull, "INSTRUCTION_RETIRED"},
};
int core = 0;
static void pin_cpu(size_t core_ID)
{
  cpu_set_t set;
  CPU_ZERO(&set);
  CPU_SET(core_ID, &set);
  if (sched_setaffinity(0, sizeof(cpu_set_t), &set) < 0) {
    printf("Unable to Set Affinity\n");
    exit(EXIT_FAILURE);
  }
}
int main(){
    pin_cpu(core);
    int result = 0;
    int n = 10000;
    double cnt = 0;
    srand(10769);
    size_t n_programmables = sizeof(programmables) / sizeof(programmables[0]);
    setup_pmc(core, programmables, n_programmables);
    zero_pmc(n_programmables);
    start_pmc();
    double a = 0;
    for(int i = 1;i <= n;i++){
        a = (double)(rand() + 300 + i)/(rand() - i);
        cnt += a;
    }
    stop_pmc();
    result = get_stats_single();
    printf("%lf %d\n",cnt,result);
}

可能的错误点 #

• 权限不足：读取PMC需要内核级权限，普通用户进程默认无法配置性能监控寄存器。必须以root权限运行程序，或者调整内核参数perf_event_paranoid为0或-1（执行echo 0 > /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid）。
• 计数器配置不完整：x86架构下，PMC需要完整的配置参数。仅指定事件选择码0xc0不够，还需要设置对应的UMASK（比如Intel架构下INSTRUCTION_RETIRED.ANY的UMASK为0x00），同时要在控制寄存器（IA32_PERFEVTSELx）中开启用户态计数位（USR位，位16），确保计数器统计用户态执行的指令。
• pmc.h核心函数实现缺陷：
  • setup_pmc是否正确初始化了目标核心的性能监控控制寄存器，是否绑定到当前CPU核心？
  • zero_pmc是否真正重置了计数器的64位值？
  • get_stats_single是否读取了完整的64位PMC寄存器？如果仅读取32位部分，可能因计数器未溢出而得到0。
• 指令执行顺序问题：启动计数器、测试代码、停止计数器的操作可能被CPU指令重排序干扰，导致计数器未正确统计测试代码的指令。需要在start_pmc后、测试循环前，以及stop_pmc前、读取计数器前添加内存屏障（如__asm__ volatile("mfence" ::: "memory");），确保指令执行顺序符合预期。

验证步骤 #

1. 以root权限运行程序，同时调整perf_event_paranoid参数为宽松值。
2. 检查pmc.h中的setup_pmc函数，确认是否正确设置了IA32_PERFEVTSELx寄存器的USR位，以及事件选择码和UMASK的组合是否匹配当前CPU微架构（可参考Intel/AMD官方手册）。
3. 确认get_stats_single读取的是64位的IA32_PMCx寄存器（使用rdpmc指令读取完整64位值）。
4. 添加内存屏障指令，确保计数器的启停与测试代码的执行顺序正确。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者moep0