轉自：http://tinylab.org/explore-linux-bogomips/

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

1 背景

今天和往常一樣，在實驗室和一群攻城師同事們沒日沒夜的碼著程式碼。突然，一個同學問了一句： /proc/cpuinfo （龍芯平臺） 裡的 BogoMIPS 和 CPU 的頻率是什麼關係？ 一石激起千層浪，一時間各種奇葩的答案層出不窮，最終也沒個定論。本攻城師決定直搗黃龍一探究竟，給迷茫的小夥伴們一個交代。

2 BogoMIPS 的由來

BogoMIPS 是 Linus 本人的獨創，Bogo 意思是“假的，偽造的”，MIPS 意思是“Millions of Instructions Per Second”，如果系統啟動時，計算出 BogoMIPS 為 100，可記為 100萬條偽指令每秒。

之所以叫偽指令，是因為在計算 BogoMIPS 的值時，CPU 一直在單一的執行 NOP （空操作），而不是隨機執行指令集中的任意指令，所以不能以此作為 CPU 的效能指標。

3 BogoMIPS 的計算

現在就讓我們走進程式碼，看看他是怎麼計算的。筆者是在 v3.13.0 版本的 Linux kernel 原始碼中做的實驗。這一部分變動很少，其他相似版本應該無差別。 </br>

首先，在檔案 arch/mips/kernel/proc.c 中給出了 BogoMIPS 的計算方式：

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

其中 HZ 是在核心配置的時候就確定好的常量，那在這個公式裡就只剩 udelay_val 的值是未知的了。小提醒：這裡是一個經典的用整型來表達浮點型別的例子，小夥伴們可以學習下。 </br>

然後，在檔案 arch/mips/include/asm/bugs.h中給出了 udelay_val 的計算方式：

1. cpu_data[cpu].udelay_val = loops_per_jiffy;

最後，在檔案init/calibrate.c中，我們能找到 loops_per_jiffy 的計算方式：

1. #define LPS_PREC 8
3. static unsigned long calibrate_delay_converge(void)
4. {
5. /* First stage - slowly accelerate to find initial bounds */
6. unsigned long lpj, lpj_base, ticks, loopadd, loopadd_base, chop_limit;
7. int trials = 0, band = 0, trial_in_band = 0;
9. lpj = (1<<12);
11. /* wait for "start of" clock tick */
12. /* 這裡很聰明的選擇了一個計算 loops 的起始時間，即，一個 tick 剛開始的時候 */
13. ticks = jiffies;
14. while (ticks == jiffies)
15. ; /* nothing */
16. /* Go .. */
17. ticks = jiffies;
19. /* 這裡用逐漸逼近的方式計算在一個jiffy的時間段內，迴圈呼叫 __delay（NOP 迴圈）,
20. * 最後累計 delay 了多少。loops_per_jiffy 就是多少了。
21. */
22. do {
23. if (++trial_in_band == (1<<band)) {
24. ++band;
25. trial_in_band = 0;
26. }
27. __delay(lpj * band);
28. trials += band;
29. } while (ticks == jiffies);
30. /*
31. * We overshot, so retreat to a clear underestimate. Then estimate
32. * the largest likely undershoot. This defines our chop bounds.
33. */
34. trials -= band;
35. loopadd_base = lpj * band;
36. lpj_base = lpj * trials;
38. /* 接下來，再對上面算出來的 loops_per_jiffy 的值進行微調，確保其準確 */
39. recalibrate:
40. lpj = lpj_base;
41. loopadd = loopadd_base;
43. /*
44. * Do a binary approximation to get lpj set to
45. * equal one clock (up to LPS_PREC bits)
46. */
47. chop_limit = lpj >> LPS_PREC;
48. while (loopadd > chop_limit) {
49. lpj += loopadd;
50. ticks = jiffies;
51. while (ticks == jiffies)
52. ; /* nothing */
53. ticks = jiffies;
54. __delay(lpj);
55. if (jiffies != ticks) /* longer than 1 tick */
56. lpj -= loopadd;
57. loopadd >>= 1;
58. }
59. /*
60. * If we incremented every single time possible, presume we've
61. * massively underestimated initially, and retry with a higher
62. * start, and larger range. (Only seen on x86_64, due to SMIs)
63. */
64. if (lpj + loopadd * 2 == lpj_base + loopadd_base * 2) {
65. lpj_base = lpj;
66. loopadd_base <<= 2;
67. goto recalibrate;
68. }
70. return lpj;
71. }

這下我們搞清楚了 loops_per_jiffy 的實質。詳細計算方式，可以參考上面程式碼中給出的中文註釋。

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

HZ 是什麼，HZ 就是每秒的滴答數，即每秒的 jiffy 數。那麼，loops_per_jiffy * HZ = loops_per_second

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

自此，BogoMIPS 的計算探祕結束。

4 BogoMIPS 和 CPU 頻率的關係

看了上面 BogoMIPS 的計算方式，我們發現並沒有一個直接的公式可以讓 BogoMIPS 和 CPU 頻率之間相互轉換。但至少可以推斷出對於同一款處理器：

• CPU 頻率越快，loops_per_second 的值必然越大，那麼 BogoMIPS 的值將會越大；
• CPU 頻率越低，則 BogoMIPS 的值將越小；
• CPU 變頻的時候，BogoMIPS 會隨著 CPU 頻率升高而升高，降低而降低。

引用 維基百科上已有的資料，可以進一步的對於 BogoMIPS 和 CPU 頻率之間的關係，有更深的感性認識：

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