Linux下查找CPU最高睿频核心：turbostat/i7z 实用指南

2025-03-09 17:22:17

Linux 系统下如何查找 CPU 最高睿频核心？

想知道 CPU 各个核心的睿频能到多少？这挺重要的，因为 CPU 的频率会根据当前负载动态变化。像现在的游戏大作，多线程优化都做得不错，用 6 个或 8 个核心很常见。在决定咱们自己写的程序用多少个核心的时候，就得考虑一下，多用了核心，是不是会牺牲掉一部分单核频率。

我们可以用 stress-ng 这个工具给 CPU 加上任意多线程的负载：

stress-ng --cpu 1

/proc/cpuinfo 文件里头有 CPU 频率的信息：

$ cat /proc/cpuinfo
processor   : 0
vendor_id   : AuthenticAMD
cpu family  : 23
model       : 1
model name  : AMD Ryzen Threadripper 1950X 16-Core Processor
stepping    : 1
microcode   : 0x8001137
cpu MHz     : 2200.000
cache size  : 512 KB
physical id : 0
siblings    : 16
core id     : 0
cpu cores   : 16
apicid      : 0
initial apicid  : 0
fpu     : yes
fpu_exception   : yes
cpuid level : 13
wp      : yes
flags       : fpu vme de pse tsc msr pae mce cx8 apic sep mtrr pge mca cmov pat pse36 clflush mmx fxsr sse sse2 ht syscall nx mmxext fxsr_opt pdpe1gb rdtscp lm constant_tsc rep_good nopl nonstop_tsc cpuid extd_apicid amd_dcm aperfmperf rapl pni pclmulqdq monitor ssse3 fma cx16 sse4_1 sse4_2 movbe popcnt aes xsave avx f16c rdrand lahf_lm cmp_legacy svm extapic cr8_legacy abm sse4a misalignsse 3dnowprefetch osvw skinit wdt tce topoext perfctr_core perfctr_nb bpext perfctr_llc mwaitx cpb hw_pstate ssbd ibpb vmmcall fsgsbase bmi1 avx2 smep bmi2 rdseed adx smap clflushopt sha_ni xsaveopt xsavec xgetbv1 clzero irperf xsaveerptr arat npt lbrv svm_lock nrip_save tsc_scale vmcb_clean flushbyasid decodeassists pausefilter pfthreshold avic v_vmsave_vmload vgif overflow_recov succor smca sev
bugs        : sysret_ss_attrs null_seg spectre_v1 spectre_v2 spec_store_bypass retbleed smt_rsb srso div0
bogomips    : 6799.35
TLB size    : 2560 4K pages
clflush size    : 64
cache_alignment : 64
address sizes   : 43 bits physical, 48 bits virtual
power management: ts ttp tm hwpstate eff_freq_ro [13] [14]
[...]

但问题是，cpu MHz 显示的频率好像不太准，而且不能直接告诉我们哪个核心频率最高。接下来咱们就来解决这个问题。

问题分析：为什么`/proc/cpuinfo`不够用？

/proc/cpuinfo 里的 cpu MHz 字段显示的是内核启动时读取到的一个参考频率，或者是在系统空闲时的频率。在 CPU 负载变化的时候，这个值并不会实时更新。并且，它显示的是一个平均值，不能反映每个核心的具体频率。

我们需要一种能够实时、准确地反映每个 CPU 核心当前频率的方法。

解决方案：实时监控各核心频率

下面这几个方法可以帮我们找到频率最高的核心：

1. 使用 `turbostat` 工具

turbostat 是一个很强大的工具，可以用来监控 CPU 的频率、温度、功耗等各种信息。它可以非常详细地显示每个核心的状态。

原理和作用：

turbostat 通过读取 CPU 的 Model Specific Registers (MSRs) 来获取这些信息。MSRs 是一些特殊的寄存器，CPU 用它们来存储和控制各种硬件状态。

代码示例/命令行指令：

安装: 绝大多数 Linux 发行版可以通过包管理器直接安装 turbostat。
- Debian/Ubuntu 系：
```
sudo apt update
sudo apt install linux-tools-common linux-tools-generic
```
- Red Hat/Fedora/CentOS 系：
```
sudo yum install kernel-tools
```
- Arch Linux 系:
```
sudo pacman -S linux-tools
```
运行： 最简单的用法是直接运行 turbostat，它会每隔 5 秒显示一次 CPU 的状态。可以配合 stress-ng 命令, 观察指定核心数下的各个核心频率:
```
sudo turbostat --quiet --Summary --show PkgWatt,CorWatt,GFXWatt,RAMWatt,PKG%,Core%,CPU%,Busy%,Bzy%,IRQ,SMI,C1,C1E,C3,C6,C7,Temp,CPUFreq
```
使用 --interval 参数调整显示频率。示例: 每 1 秒钟显示一次。
bash sudo turbostat --quiet --Summary --show PkgWatt,CorWatt,GFXWatt,RAMWatt,PKG%,Core%,CPU%,Busy%,Bzy%,IRQ,SMI,C1,C1E,C3,C6,C7,Temp,CPUFreq --interval 1
如果要关注所有核心，在有负载的时候, 可以这样做：
bash stress-ng --cpu $(nproc) & sudo turbostat --quiet --show PkgWatt,CorWatt,GFXWatt,RAMWatt,PKG%,Core%,CPU%,Busy%,Bzy%,IRQ,SMI,C1,C1E,C3,C6,C7,Temp,CPUFreq --interval 1

额外说明:

需要 root 权限来运行 turbostat，因为它需要访问 MSRs。
--quiet: 输出不要那么啰嗦。
--Summary: 只显示总结信息。
--show:指定需要显示的列。上面命令会显示功耗（PkgWatt, CorWatt, GFXWatt, RAMWatt）、利用率（PKG%, Core%, CPU%, Busy%, Bzy%）、中断（IRQ, SMI）、C-states（C1, C1E, C3, C6, C7）、温度（Temp）和 CPU 频率（CPUFreq）。

运行以上指令，配合stress-ng指令调整核心数, turbostat 输出结果中，"CPUFreq" 列会显示每个核心的当前频率。找到数值最大的那一列，对应的就是当前频率最高的核心。

安全建议:
长期高负荷运行可能对CPU 寿命产生一定影响。

2. 使用 `i7z` 工具 (Intel CPU 专用)

如果你的 CPU 是 Intel 的，i7z 是一个很好用的工具。它可以实时显示每个核心的频率，以及 C-states 等信息。

原理和作用：

跟turbostat 类似,i7z 也是通过读取 CPU 的 MSRs 来获取信息。

代码示例/命令行指令：

安装：

Debian/Ubuntu 系：
```
sudo apt update
sudo apt install i7z
```
Red Hat/Fedora/CentOS 系：
```
sudo yum install i7z
```

运行: 运行需要root权限。
```
sudo i7z
```

进阶使用技巧
如果仅仅想要频率, 可以这样做。

sudo i7z -w | grep "cpu [0-9]*"

i7z 会打开一个图形界面，显示每个核心的频率。直接找到频率最高的那个核心就行了。

安全建议:
长期高负荷运行可能对CPU 寿命产生一定影响。

3. 通过 `/sys/devices/system/cpu/` 目录查看

Linux 内核把 CPU 的各种信息都放在 /sys/devices/system/cpu/ 目录下。我们可以直接读取这些文件来获取频率信息。

原理和作用：

/sys 文件系统是一个虚拟文件系统，它提供了一个访问内核数据的接口。内核会把各种硬件的信息都放在这个目录下。

代码示例/命令行指令：

可以写一个简单的脚本来读取每个核心的频率，然后找出最高的那个：

#!/bin/bash

max_freq=0
max_cpu=""

for cpu_dir in /sys/devices/system/cpu/cpu[0-9]*; do
  cpu_num=$(basename "$cpu_dir" | cut -c4-)
  freq=$(cat "$cpu_dir/cpufreq/scaling_cur_freq")

  if [[ "$freq" -gt "$max_freq" ]]; then
    max_freq=$freq
    max_cpu="CPU$cpu_num"
  fi
done

echo "Highest frequency: $max_freq kHz on $max_cpu"

这段脚本做了下面这几件事。

遍历 CPU 核心目录： /sys/devices/system/cpu/cpu[0-9]* 会匹配所有 CPU 核心的目录，例如 cpu0、cpu1、cpu2 等。
获取核心编号： basename "$cpu_dir" | cut -c4- 从目录名中提取出 CPU 编号。
读取当前频率： cat "$cpu_dir/cpufreq/scaling_cur_freq" 读取当前核心的频率。这个频率是以 kHz 为单位的。
比较并记录最大值： 如果当前核心的频率比之前记录的最大值还大，就更新最大频率和对应的 CPU 编号。
输出结果： 最后输出最高的频率和对应的 CPU 核心。
直接运行这个脚本，就可以得到当前频率最高的那个核心。