clock_gettime()是否适合亚微秒时序？

Question

在我们的应用程序的Linux版本中,我需要一个用于嵌入式探查器的高分辨率计时器.我们的分析器测量的范围与单个功能一样小,因此它需要一个优于25纳秒的定时器精度.

以前我们的实现使用内联汇编和rdtsc操作直接从CPU查询高频定时器,但这是有问题的,需要经常重新校准.

所以我尝试使用该clock_gettime函数来查询CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID.文档声称这给了我纳秒时间,但我发现单次调用的开销clock_gettime()超过250ns.这使得不可能将事件计时100ns,并且在计时器功能上具有如此高的开销会严重降低应用程序性能,从而扭曲配置文件超出值.(我们每秒有数十万个分析节点.)

有没有办法调用clock_gettime()开销小于¼μs？或者是否有其他方法可以可靠地获得时间戳计数器,开销<25ns？还是我坚持使用rdtsc？

下面是我过去常用的代码clock_gettime().

// calls gettimeofday() to return wall-clock time in seconds:
extern double Get_FloatTime();
enum { TESTRUNS = 1024*1024*4 };

// time the high-frequency timer against the wall clock
{
    double fa = Get_FloatTime();
    timespec spec; 
    clock_getres( CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &spec );
    printf("CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID resolution: %ld sec %ld nano\n", 
            spec.tv_sec, spec.tv_nsec );
    for ( int i = 0 ; i < TESTRUNS ; ++ i )
    {
        clock_gettime( CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &spec );
    }
    double fb = Get_FloatTime();
    printf( "clock_gettime %d iterations : %.6f msec %.3f microsec / call\n",
        TESTRUNS, ( fb - fa ) * 1000.0, (( fb - fa ) * 1000000.0) / TESTRUNS );
}
// and so on for CLOCK_MONOTONIC, CLOCK_REALTIME, CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID.

结果:

CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID resolution: 0 sec 1 nano
clock_gettime 8388608 iterations : 3115.784947 msec 0.371 microsec / call
CLOCK_MONOTONIC resolution: 0 sec 1 nano
clock_gettime 8388608 iterations : 2505.122119 msec 0.299 microsec / call
CLOCK_REALTIME resolution: 0 sec 1 nano
clock_gettime 8388608 iterations : 2456.186031 msec 0.293 microsec / call
CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID resolution: 0 sec 1 nano
clock_gettime 8388608 iterations : 2956.633930 msec 0.352 microsec / call

这是在标准的Ubuntu内核上.该应用程序是Windows应用程序的端口(我们的rdtsc内联汇编工作正常).

附录:

x86-64 GCC是否有一些与__rdtsc()的内在等价物,所以我至少可以避免内联汇编？

Answer 1

不可以.您必须使用特定于平台的代码才能执行此操作.在x86和x86-64上,您可以使用'rdtsc'来读取时间戳计数器.

只需移植您正在使用的rdtsc程序集.

__inline__ uint64_t rdtsc(void) {
  uint32_t lo, hi;
  __asm__ __volatile__ (      // serialize
  "xorl %%eax,%%eax \n        cpuid"
  ::: "%rax", "%rbx", "%rcx", "%rdx");
  /* We cannot use "=A", since this would use %rax on x86_64 and return only the lower 32bits of the TSC */
  __asm__ __volatile__ ("rdtsc" : "=a" (lo), "=d" (hi));
  return (uint64_t)hi << 32 | lo;
}

Answer 2

我在我的系统上运行了一些基准测试,这是一个四核E5645 Xeon支持一个运行内核3.2.54的恒定TSC,结果如下:

clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC_RAW)       100ns/call
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)           25ns/call
clock_gettime(CLOCK_REALTIME)            25ns/call
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID)  400ns/call
rdtsc (implementation @DavidSchwarz)     600ns/call

所以看起来在一个相当现代的系统上(接受的答案)rdtsc是最糟糕的路线.