macOS 上的 gettimeofday() 是否使用系统调用？

Question

我预计 gettimeofday() 将调用系统调用来完成实际获取时间的工作。但是，运行下面的程序

#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    struct timeval tv;

    printf("Before gettimeofday() %ld!\n", tv.tv_sec);

    int rc = gettimeofday(&tv, NULL);

    printf("After gettimeofday() %ld\n", tv.tv_sec);

    if (rc == -1) {
        printf("Error: gettimeofday() failed\n");
        exit(1);
    }

    printf("Exiting ! %ld\n", tv.tv_sec);
    return 0;
}

dtruss -d returns 一长串系统调用，最后是：

RELATIVE SYSCALL(args)           = return

... lots of syscalls with earlier timestamps ...

    3866 fstat64(0x1, 0x7FFF56ABC8D8, 0x11)      = 0 0
    3868 ioctl(0x1, 0x4004667A, 0x7FFF56ABC91C)      = 0 0
    3882 write_nocancel(0x1, "Before gettimeofday() 0!\n[=11=]", 0x19)       = 25 0
    3886 write_nocancel(0x1, "After gettimeofday() 1480913810\n[=11=]", 0x20)        = 32 0
    3887 write_nocancel(0x1, "Exiting ! 1480913810\n[=11=]", 0x15)       = 21 0

看起来 gettimeofday() 没有使用系统调用，但这似乎是错误的——内核肯定负责系统时钟吗？ dtruss 是不是漏了什么？我是否错误地读取了输出？

Answer 1

使用 dtrace 代替 dtruss 将消除您的疑虑。 gettimeofday() 本身就是一个系统调用。如果你运行 dtrace 脚本，你可以看到这个系统调用被调用。

您可以使用以下 dtrace 脚本 "dtrace1.d"

syscall:::entry
/ execname == "foo" / 
{
}

（foo 是您的可执行文件的名称）

到运行以上dtrace使用：dtrace -s dtrace1.d

然后执行您的程序以查看您的程序使用的所有系统调用

Answer 2

作为 TheDarkKnight ，有一个 gettimeofday 系统调用。但是，userspace gettimeofday 函数通常 而不是 调用相应的系统调用，而是 __commpage_gettimeofday，它试图从一个进程地址 space 的特殊部分称为 commpage。只有当此调用失败时，gettimeofday 系统调用才会用作回退。这将大多数调用 gettimeofday 的成本从普通系统调用降低到仅内存读取。

这本书 Mac OSX Internals: A Systems Approach 介绍了 commpage。简而言之，它是内核内存的一个特殊区域，映射到每个进程地址 space 的最后八页。除其他外，它包含 "updated asynchronously from the kernel and read atomically from user space, leading to occasional failures in reading".

的时间值

为了查看 gettimeofday() 系统调用被用户 space 函数调用的频率，我编写了一个测试程序，在一个紧密循环中调用了 gettimeofday() 1 亿次：

#include <sys/time.h>
int main(int argc, char const *argv[])
{
    const int NUM_TRIALS = 100000000;
    struct timeval tv;
    for (int i = 0; i < NUM_TRIALS; i++) {
        gettimeofday(&tv, NULL);
    }
    return 0;
}

运行我机器上 dtruss -d 下的这个显示这触发了对 gettimeofday() 系统调用的 10-20 次调用（所有用户的 0.00001%-0.00002%space 调用）。

对于那些感兴趣的人，用户 space gettimeofday() 函数（对于 macOS 10.11 - El Capitan）的 source code 中的相关行是

if (__commpage_gettimeofday(tp)) {      /* first try commpage */
    if (__gettimeofday(tp, NULL) < 0) { /* if it fails, use syscall */
        return (-1);
    }
}

函数__commpage_gettimeofdaycombines the timestamp read from the commpage and a reading of the time stamp counter register to calculate the time since epoch in seconds and microseconds. (The rdstc instruction is inside _mach_absolute_time.)

macOS 上的 gettimeofday() 是否使用系统调用？

Does gettimeofday() on macOS use a system call?

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