为什么我在 linux 中系统调用的时间计数几乎是 0 us？

Question

现在，我正在学习系统内核实践课程。但是，当我将系统调用与用户调用进行比较时，奇怪的是系统调用返回的时间计数为 0 us（有时返回 1）。但是我通过了 count=1e8，这是一个很大的数字。

我怀疑计算没有发生，因为没有使用结果。然后我改变 add as result = result + 1 并打印最终结果。但是，结果是对的，时间计数只是从 0 或 1 变为 2-6。

long yanpan_oper(int* result,int num1,int num2,char* op)
{
    if(op)
    {
        if(*op == '+')
        {
            *result = num1 + num2;
        }
        else if(*op == '-')
        {
            *result = num1 - num2;
        }
        else if(*op == '*')
        {
            *result = num1*num2;
        }
        else if(*op == '\\')
        {
            if(num2!=0)
                *result = num1/num2;
            else
                printk("divided number can't be zero!\n");
        }else
            printk("unrecongized operator %c\n", *op);
    }else
    {
        printk("operation is empty.\n");
    }
    return 0;
}
SYSCALL_DEFINE1(yanpan_func, int, count)
{
    printk("The count is %d.\n", count);
    struct timeval tstart, tend;
    do_gettimeofday(&tstart);
    int i;
    for(i=0;i<count;i++) // +
    {
        int result;
        char op_add = '+';
        yanpan_oper(&result, i, 10, &op_add);
    }
    for(i=0;i<count;i++) // -
    {
        int result;
        char op_sub = '-';
        yanpan_oper(&result, i, 10, &op_sub);
    }
    for(i=0;i<count;i++) // *
    {
        int result;
        char op_mul = '*';
        yanpan_oper(&result, i, 2, &op_mul);
    }
    for(i=0;i<count;i++) // '//'
    {
        int result;
        char op_div = '\\';
        yanpan_oper(&result, i, 10, &op_div);
    }
    do_gettimeofday(&tend);
    long delta_time = 1000000*(tend.tv_sec - tstart.tv_sec) + (tend.tv_usec - tstart.tv_usec);
    printk("The start time is %ld.\n", tstart.tv_sec*1000000+tstart.tv_usec);
    printk("The end time is %ld.\n", tend.tv_sec*1000000+tend.tv_usec);
    printk("Syscall time use:%ld usec", delta_time);
    return delta_time;
}

我尝试了很多次，但结果没有改变。相同数量的用户调用计算大约需要1300毫秒，内核中的计算可以这样快吗？

Answer 1

我们来看一个循环：

for(i=0;i<count;i++) // +
{
    int result;
    char op_add = '+';
    yanpan_oper(&result, i, 10, &op_add);
}

这将调用函数 yanpan_oper count 次。但每次它都会覆盖存储在result 中的先前结果，而不使用该值进行计算。很有可能编译器只是优化了整个循环，只用一次调用 yanpan_oper 来替换它，因为 for 循环实际上相当于只执行一次循环体。

此外，循环体只影响循环体内的变量，因此编译器不仅可以决定只保留最后一次迭代。它基本上可以跳过整个代码，所以你实际执行的是这样的：

SYSCALL_DEFINE1(yanpan_func, int, count)
{
    printk("The count is %d.\n", count);
    struct timeval tstart, tend;
    do_gettimeofday(&tstart);
    do_gettimeofday(&tend);
    long delta_time = 1000000*(tend.tv_sec - tstart.tv_sec) + (tend.tv_usec - tstart.tv_usec);
    printk("The start time is %ld.\n", tstart.tv_sec*1000000+tstart.tv_usec);
    printk("The end time is %ld.\n", tend.tv_sec*1000000+tend.tv_usec);
    printk("Syscall time use:%ld usec", delta_time);
    return delta_time;
}

以下是一些关于如何欺骗优化器的提示：

// Create input that cannot be calculated at compile time
int input1[count];
int input2[count];
srand(time(NULL));
for(int i=0; i<count; i++) { 
    input1[i] = rand()%1000;
    input2[i] = rand()%1000;
}

// Store the output, so that the optimizer cannot take away the loop
int output[count];

// Start timer
for(i=0;i<count;i++) // +
{
    char op_add = '+';
    yanpan_oper(&output[i], input1[i], input2[i], &op_add);
}
// End timer

// Use the output to that the optimizer cannot remove the array, and thus
// also the loop
for(int i=0; i<count; i++) 
    printf("%d ", output[i]);

请注意，这些数组对于堆栈来说可能太大了。如果是这种情况，请改用它：

int *input1 = malloc(count * sizeof(*input1));
int *input2 = malloc(count * sizeof(*input2));
srand(time(NULL));
for(int i=0; i<count; i++) { 
    input1[i] = rand()%1000;
    input2[i] = rand()%1000;
}

int *output = malloc(count * sizeof(*output));

（记得检查malloc是否成功，然后释放内存）