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Linux 时钟源之 TSC：软硬件原理、使用场景、已知问题（2024）
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原文中文，约8800字，阅读约需21分钟。
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内容提要
本文介绍了Linux时钟源TSC的软硬件知识，包括计算机组件的运行频率、时钟源、CPU频率提升、x86架构的寄存器、TSC的作用和挑战、TSC的改进、查看和监控TSC相关信息等。文章指出TSC只是一个计数器，记录CPU启动以来的cycles次数，不稳定性因素较多，不推荐用作时间度量。文章还提到了BIOS设置、BIOS SMI handler、SMI中断风暴和虚拟机TSC不稳等问题。
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关键要点
- 介绍了Linux时钟源TSC的软硬件知识，适用于故障排查场景。
- 计算机组件的运行频率由石英晶体谐振器产生，频率约为20MHz。
- 时钟生成器用于将频率提升到不同组件所需的工作频率。
- CPU频率从20MHz提升到3GHz的过程涉及多个组件和时钟信号传递。
- x86架构的寄存器分为通用目的寄存器和特殊目的寄存器，后者包括模型特定寄存器（MSR）。
- TSC是x86处理器中的一个特殊寄存器，用于记录CPU启动以来的周期数。
- TSC常被用作高精度时钟，但其准确性受到多核处理器、超线程、频率变化等因素的影响。
- 引入恒定速率TSC技术以提高TSC的稳定性，但并不保证实际工作中的TSC恒定。
- TSC本质上是一个计数器，而非时钟，受多种因素影响其稳定性。
- Linux系统需要时钟源，TSC是备选之一，具有高精度和低开销的优点。
- turbostat工具可用于查看和监控TSC相关信息。
- BIOS设置和SMI中断风暴可能导致TSC不稳定。
- 虚拟机环境中TSC的稳定性也存在问题。
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