なぜ同じCプログラムがより高速になるのですか

Question

説明が分からないので、これは詳細なしの質問になります。ごめんなさい。私は、メモリ集中型のCプログラム（多くのポインタ）を持っています。私はソースを持っています。それはgcc -O2で私のものです。私はUbuntu Linuxです。プログラムの開始時と終了時にclock（）を呼び出して経過時間を計測します。また、時刻を確認するためにtimeコマンドを使用しています。問題は、同じプログラムが何も変更せずに20％以上速くなる（または遅くなる）ことがあることです。

$ date; time ./cudd-example-8queens 
pon jun 20 00:49:05 CEST 2016 
CPU TIME = 6.46 
real 0m6.475s 
user 0m6.405s 
sys 0m0.067s 

$ date; time ./cudd-example-8queens 
pon jun 20 00:49:16 CEST 2016 
CPU TIME = 8.03 
real 0m8.051s 
user 0m7.995s 
sys 0m0.048s 

$ date; time ./cudd-example-8queens 
pon jun 20 00:49:33 CEST 2016 
CPU TIME = 6.48 
real 0m6.490s 
user 0m6.445s 
sys 0m0.040s 

$ date; time ./cudd-example-8queens 
pon jun 20 00:49:42 CEST 2016 
CPU TIME = 6.45 
real 0m6.469s 
user 0m6.424s 
sys 0m0.040s 

$ date; time ./cudd-example-8queens 
pon jun 20 00:49:56 CEST 2016 
CPU TIME = 8.04 
real 0m8.058s 
user 0m7.982s 
sys 0m0.068s 

私の質問は次のとおりです。この違いを説明する方法、すなわち、ここで、（時には悪化）1.5秒この追加が費やされていますか？それはメモリアクセスの何かでなければならないが、これをチェックする方法は？

編集：私はperfをインストールしました。ここには2つの結果があります（私はcpupowerから得た情報も表示するように更新しました）。目標については、私は科学的アルゴリズムを比較しています。 1つは他のものより10％高速です。

$ date; cpupower -c all frequency-info -f; perf stat -B ./cudd-example-8queens 
pon jun 20 12:39:21 CEST 2016 
analyzing CPU 0: 
1300000 
analyzing CPU 1: 
1300000 
analyzing CPU 2: 
1300000 
analyzing CPU 3: 
1300000 
clock() TIME = 6.70 
clock_gettime() TIME = 6.70 

Performance counter stats for './cudd-example-8queens': 

     6705,796274 task-clock (msec)   # 0,999 CPUs utilized   
       104 context-switches   # 0,016 K/sec     
       3 cpu-migrations   # 0,000 K/sec     
      30861 page-faults    # 0,005 M/sec     
     17295862806 cycles     # 2,579 GHz      
    <not supported> stalled-cycles-frontend 
    <not supported> stalled-cycles-backend 
     7361712951 instructions    # 0,43 insns per cycle   
     1228059232 branches     # 183,134 M/sec     
      64491733 branch-misses    # 5,25% of all branches   

     6,709414218 seconds time elapsed 

$ date; cpupower -c all frequency-info -f; perf stat -B ./cudd-example-8queens 
pon jun 20 12:39:30 CEST 2016 
analyzing CPU 0: 
1300000 
analyzing CPU 1: 
1300000 
analyzing CPU 2: 
1300000 
analyzing CPU 3: 
1300000 
clock() TIME = 8.43 
clock_gettime() TIME = 8.43 

Performance counter stats for './cudd-example-8queens': 

     8441,824238 task-clock (msec)   # 0,999 CPUs utilized   
       145 context-switches   # 0,017 K/sec     
       3 cpu-migrations   # 0,000 K/sec     
      30863 page-faults    # 0,004 M/sec     
     13958245339 cycles     # 1,653 GHz      
    <not supported> stalled-cycles-frontend 
    <not supported> stalled-cycles-backend 
     7360082448 instructions    # 0,53 insns per cycle   
     1227803521 branches     # 145,443 M/sec     
      64517871 branch-misses    # 5,25% of all branches   

     8,446645648 seconds time elapsed 

EDIT2：My Intel NUCにIntel Core i5-4250U CPUが搭載されています。したがって、 "cpupower frequency-set"を使用するアドバイスは有望でしたが、残念ながらそれは何の助けにもなりません。さらに、 "clock（）"と "clock_gettime（CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID）"を使って正確に同じ結果が得られ、それらの結果はperfの "task-clock（msec）"でも確認されます。

Answer 1

現代のCPUの周波数は動的に変化しますので、壁の時間（天文学的時間）だけでなく、CPUのサイクル数も常に測定する必要があります。 perf stat（実際にはperf stat -e task-clock,cycles,instructionsで十分です）は、プログラムがcyclesの行で実行されている間に、CPU時間を測定するCPUクロック/タスククロックイベント（GHzを得るために時間を分けたサイクル）があった場合、CPUコア周波数を意味します：

#### cycles     # 1,653 GHz  

#### cycles     # 2,579 GHz 

これは、インテル®ターボ・ブースト（2）、https://en.wikipedia.org/wiki/Intel_Turbo_Boost（AMDはhttps://en.wikipedia.org/wiki/AMD_Turbo_Coreを持っている）です。どちらも非常に高速ですので、cpupower -c all frequency-infoが実行されている場合、実際の周波数は低くなります（1.3）。あなたのプログラムからの負荷が高い場合、CPUは数マイクロ秒の間にその周波数をより高いレベルに調整します。

時にはより均一な測定結果を得るために、BIOSでそれをオフにすることが可能である：http://www.intel.com/content/www/us/en/support/processors/000005641.html

インテル®ターボ・ブースト・テクノロジーを有効にするか無効にする方法は？ - インテル®ターボ・ブースト・テクノロジーは、通常、デフォルトで有効になっています。この技術を無効にするには、BIOSのスイッチを使用する必要があります。他にユーザーが制御できる設定はありません。

それとも、いくつかの魔法のMSRの書き込み（ランダムMSR REGSにランダムな値を書き込まないでください、それが何かを壊し、またはPCをハングアップすることがあります）してみてください可能性がありますMaythuxによってhttps://askubuntu.com/questions/619875/disabling-intel-turbo-boost-in-ubuntu答え：「wrmsr -pC 0x1a0 0x4000850089」

他の行をperf statから：7361-7360 mln命令、1228-1227 mlブランチ64 mlnブランチ誤予測は、プログラムが同じであり、同じコードが実行された（外部ランダムではない）ことを示します。perf stat -dを試すこともできます（実行中のハードウェアイベントをstat -dから選択し、perf stat -e cpu-clock,....に手動でリストすることをお勧めします）。

Answer 2

オペレーティングシステムは、複数のタスクを同時に実行し、それを管理するために、あるタスクから別のタスクへのコンテキスト切り替えを行います。したがって、毎回変更されるのはあなたのコードの時間ではなく、プログラムの実行の間にオペレーティングシステムによって呼び出されている他のプログラムです。