系统调用费用

Posted 2023-02-23

【中文标题】系统调用费用

【英文标题】：System call cost

【发布时间】：2016-08-08 22:21:53

【问题描述】：

我目前正在处理操作系统运营开销。

我实际上正在研究进行系统调用的成本，并且我开发了一个简单的 C++ 程序来观察它。

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>

uint64_t
rdtscp(void) 
  uint32_t eax, edx;

  __asm__ __volatile__("rdtscp" //! rdtscp instruction
               : "+a" (eax), "=d" (edx) //! output
               : //! input
               : "%ecx"); //! registers

  return (((uint64_t)edx << 32) | eax);


int main(void) 
  uint64_t before;
  uint64_t after;
  struct timeval t;
  for (unsigned int i = 0; i < 10; ++i) 
    before = rdtscp();
    gettimeofday(&t, NULL);
    after = rdtscp();
    std::cout << after - before  << std::endl;
    std::cout << t.tv_usec << std::endl;
  

  return 0;

这个程序非常简单。

rdtscp 函数只是调用 RTDSCP 指令（将 64 位周期计数加载到两个 32 位寄存器中的处理器指令）的包装器。该函数用于计时。 我重复了 10 次。在每次迭代中，我都会调用 gettimeofday 并确定执行它所花费的时间（以 CPU 周期数表示）。

结果出乎意料：

8984
64008
376
64049
164
64053
160
64056
160
64060
160
64063
164
64067
160
64070
160
64073
160
64077

输出中的奇数行是执行系统调用所需的周期数。甚至行是 t.tv_usec 中包含的值（由 gettimeofday 设置，我正在研究的系统调用）。

我真的不明白这是怎么可能的：循环次数急剧减少，从近 10,000 次减少到 150 次左右！但是 timeval 结构仍然在每次调用时更新！

我尝试过不同的操作系统（debian 和 macos），结果相似。

即使使用了缓存，我也看不出它是怎么可能的。进行系统调用应该会导致从用户模式切换到内核模式的上下文切换，我们仍然需要读取时钟以更新时间。

有人有想法吗？

【问题讨论】：

我不知道答案，但为什么你认为缓存不能解释它？

这将是动态链接器延迟符号解析（延迟绑定）。尝试使用LD_BIND_NOW=1 (Linux) 或DYLD_BIND_AT_LAUNCH=1 (MacOS) 在启动时强制链接器解析所有符号。第一次调用gettimeofday() 的循环计数应该会显着下降。

好主意，它已显着下降，但在第一次调用后仍继续下降（第一次调用时约 770 个循环计数，之后仍为约 150 个）。

【参考方案1】：

答案？尝试另一个系统调用。 linux 上有 vsyscalls，它们会加速某些系统调用的速度： What are vdso and vsyscall?

简短版本：不执行系统调用，而是内核映射一个内存区域，进程可以在其中访问时间信息。成本 ？不多（没有上下文切换）。

【讨论】：

正是我想要的！