系统呼叫成本

Question

我目前正在处理操作系统操作管理费用。

实际上，我正在研究进行系统调用的成本，并开发了一个简单的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;
}

这个程序很简单。

• rdtscp函数只是一个调用RTDSCP指令的包装器(一个处理器指令，它将64位周期计数加载到两个32位寄存器中)。此函数用于获取计时。
• 我迭代了10次。在每次迭代中，我调用gettimeofday并确定执行它所需的次数(作为CPU周期的数目)。

结果是非常出乎意料的：

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。甚至行都是t.tv_usec中包含的值(它由gettimeofday设置，是我正在学习的系统调用)。

我真的不明白这是怎么可能的:周期的数量急剧减少，从近10,000次减少到大约150次！但是timeval结构仍然在每次调用中更新！

我在不同的操作系统(debian和macos)上尝试过，结果是相似的。

即使使用了缓存，我也不认为这是可能的。进行系统调用会导致上下文切换，从用户模式切换到内核模式，我们仍然需要读取时钟才能更新时间。

有人有主意吗？

Answer 1

答案呢？尝试另一个系统呼叫。在linux上有vsyscalls，它们加速了某些syscalls的工作：What are vdso and vsyscall?

简短的版本:没有执行syscall，而是内核映射了一个内存区域，进程可以在其中访问时间信息。成本？不多(没有上下文切换)。