系统调用成本

Question

我目前正在处理操作系统操作开销。

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 位寄存器的处理器指令）的包装器。这个函数是用来取时的。
我迭代了10次。在每次迭代中，我调用 gettimeofday 并确定执行它所花费的时间（作为 CPU 个周期）。

结果出乎意料：

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

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

我试过不同的操作系统（debian 和 macos），结果是相似的。

就算用了缓存，我也看不出怎么可能。进行系统调用应该导致上下文切换以从用户模式切换到内核模式，我们仍然需要读取时钟以更新时间。

有人有想法吗？

Answer 1

答案是？尝试另一个系统调用。 linux 上有 vsyscalls，它们可以加速某些系统调用： 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）。

系统调用成本

System call cost

c++

operating-system

system-calls

cpu-cache