内核探索：Linux BogoMips 探秘

Tao HongLiang 创作于 2015/05/12

By Tao Hongliang of TinyLab.org 2015/04/12

今天和往常一样，在实验室和一群攻城师同事们没日没夜的码着代码。突然，一个同学问了一句： /proc/cpuinfo （龙芯平台）里的 BogoMIPS 和 CPU 的频率是什么关系？一石激起千层浪，一时间各种奇葩的答案层出不穷，最终也没个定论。本攻城师决定直捣黄龙一探究竟，给迷茫的小伙伴们一个交代。

BogoMIPS 是 Linus 本人的独创，Bogo 意思是“假的，伪造的”，MIPS 意思是“Millions of Instructions Per Second”，如果系统启动时，计算出 BogoMIPS 为 100，可记为 100万条伪指令每秒。

之所以叫伪指令，是因为在计算 BogoMIPS 的值时，CPU 一直在单一的执行 NOP （空操作），而不是随机执行指令集中的任意指令，所以不能以此作为 CPU 的性能指标。

现在就让我们走进代码，看看他是怎么计算的。笔者是在 v3.13.0 版本的 Linux kernel 源码中做的实验。这一部分变动很少，其他相似版本应该无差别。

首先，在文件 arch/mips/kernel/proc.c 中给出了 BogoMIPS 的计算方式：

seq_printf(m, "BogoMIPS\t\t: %u.%02u\n",
cpu_data[n].udelay_val / (500000/HZ),
(cpu_data[n].udelay_val / (5000/HZ)) % 100);

其中 HZ 是在内核配置的时候就确定好的常量，那在这个公式里就只剩 udelay_val 的值是未知的了。小提醒：这里是一个经典的用整型来表达浮点类型的例子，小伙伴们可以学习下。

然后，在文件 arch/mips/include/asm/bugs.h中给出了 udelay_val 的计算方式：

cpu_data[cpu].udelay_val = loops_per_jiffy;

最后，在文件init/calibrate.c中，我们能找到 loops_per_jiffy 的计算方式：

#define LPS_PREC 8
static unsigned long calibrate_delay_converge(void)
{
/* First stage - slowly accelerate to find initial bounds */
unsigned long lpj, lpj_base, ticks, loopadd, loopadd_base, chop_limit;
int trials = 0, band = 0, trial_in_band = 0;
lpj = (1<<12);
/* wait for "start of" clock tick */
/* 这里很聪明的选择了一个计算 loops 的起始时间，即，一个 tick 刚开始的时候 */
ticks = jiffies;
while (ticks == jiffies)
; /* nothing */
/* Go .. */
ticks = jiffies;
/* 这里用逐渐逼近的方式计算在一个jiffy的时间段内，循环调用 __delay（NOP 循环）,
* 最后累计 delay 了多少。loops_per_jiffy 就是多少了。
*/
do {
if (++trial_in_band == (1<<band)) {
++band;
trial_in_band = 0;
}
__delay(lpj * band);
trials += band;
} while (ticks == jiffies);
/*
* We overshot, so retreat to a clear underestimate. Then estimate
* the largest likely undershoot. This defines our chop bounds.
*/
trials -= band;
loopadd_base = lpj * band;
lpj_base = lpj * trials;
/* 接下来，再对上面算出来的 loops_per_jiffy 的值进行微调，确保其准确 */
recalibrate:
lpj = lpj_base;
loopadd = loopadd_base;
/*
* Do a binary approximation to get lpj set to
* equal one clock (up to LPS_PREC bits)
*/
chop_limit = lpj >> LPS_PREC;
while (loopadd > chop_limit) {
lpj += loopadd;
ticks = jiffies;
while (ticks == jiffies)
; /* nothing */
ticks = jiffies;
__delay(lpj);
if (jiffies != ticks) /* longer than 1 tick */
lpj -= loopadd;
loopadd >>= 1;
}
/*
* If we incremented every single time possible, presume we've
* massively underestimated initially, and retry with a higher
* start, and larger range. (Only seen on x86_64, due to SMIs)
*/
if (lpj + loopadd * 2 == lpj_base + loopadd_base * 2) {
lpj_base = lpj;
loopadd_base <<= 2;
goto recalibrate;
}
return lpj;
}

这下我们搞清楚了 loops_per_jiffy 的实质。详细计算方式，可以参考上面代码中给出的中文注释。

BogoMIPS = loops_per_jiffy ÷ (500000 / HZ) ---> BogoMIPS = (loops_per_jiffy * HZ) ÷ 500000

HZ 是什么，HZ 就是每秒的滴答数，即每秒的 jiffy 数。那么，loops_per_jiffy * HZ = loops_per_second

BogoMIPS = loops_per_second ÷ 500000 ---> BogoMIPS = (loops_per_second * 2) ÷ 1000000

自此，BogoMIPS 的计算探秘结束。

看了上面 BogoMIPS 的计算方式，我们发现并没有一个直接的公式可以让 BogoMIPS 和 CPU 频率之间相互转换。但至少可以推断出对于同一款处理器：

CPU 频率越快，loops_per_second 的值必然越大，那么 BogoMIPS 的值将会越大；
CPU 频率越低，则 BogoMIPS 的值将越小；
CPU 变频的时候，BogoMIPS 会随着 CPU 频率升高而升高，降低而降低。

引用维基百科上已有的数据，可以进一步的对于 BogoMIPS 和 CPU 频率之间的关系，有更深的感性认识：

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