测量linux内核中函数的执行时间

Question

我正在使用 Linux 安全模块挂钩向 recv() 系统调用添加一些自定义功能。与原始的 recv() 相比，我想测量此功能的开销。我编写了一个简单的 tcp 服务器，可以在有和没有模块的情况下运行。此 tcp 服务器调用 recv() 函数“N”次。它测量每个 recv 所花费的时间，例如：

clock_gettime(before);
recv()
clock_gettime(after);
global_time += after - before.

最后，我用“global_time/N”打印单个recv() 的平均时间。让我们将此时间称为“user_space_avg_recv”时间。

在我的模块中，我想放置时间测量函数来计算我的钩子的确切执行时间。我尝试了 3 种方法。

1. 我使用 jiffies 如下：

   sj = jiffies;
   my_hook();
   ej = jiffies;
   current->total_oh = ej - sj;
   

   但我发现 sj 和 ej 值之间没有区别。因此 total_oh 没有改变。

2. 我使用 current_kernel_time() 因为我认为它以纳秒为单位返回时间。但是，再一次，前后时间没有区别。

3. 我使用了 get_cycles。我打印进程退出时的总周期。但是，当我将总周期值转换为毫秒时，它会远大于 “user_space_avg_recv”值。这没有意义，因为内核内部的测量值总是小于从用户空间测量的时间值。这可能意味着我要么没有使用正确的 API 进行测量，要么在将值从周期转换为毫秒时出错。

我基本上使用以下公式将周期转换为毫秒：

avg overhead of my hook in milliseconds = 
             (((cycles / 2.99) / 10^6) / N)

2.99 因为我的时钟频率是 2.99Ghz

几点：

• 我的用户空间程序使用 set affinity 绑定到单个内核。

• 我使用的是内核 2.6.22.14

• 为了阻止内核在我的钩子中切换上下文，我使用了 preempt_disable() 和 preempt_enable()。因此它不会计算其他内核线程的执行时间。即使这样，由于我的钩子使用了一些 I/O，我的线程可能会自愿释放控制，或者可能会发生一些中断，这可能会增加总周期数。

问题： 如何在内核中准确测量函数执行时间？

Answer 1

您可以使用function tracer API 来跟踪所有函数调用和返回，并带有高精度时间戳。这包括中断事件和上下文切换。然后，您可以分析用户空间中生成的跟踪，以准确了解您的函数需要多长时间运行。

如果您不能使用函数跟踪器 API，您可以调用 do_gettimeofday() 来获取微秒分辨率的时间戳，或调用 getnstimeofday() 来获取纳秒分辨率。这些与用户空间 gettimeofday() 调用在内部使用的功能相同。当然，对于非常快速的函数，这可能不够准确；任何比这更快的精度，您可能需要深入研究计时器代码以查看它如何实现周期转换。另请注意，仅仅因为它们具有高分辨率并不意味着它们具有那么高的准确性 - 但它们应该对基准测试有用。

请注意，任何形式的跟踪都会导致额外的延迟 - do_gettimeofday() 需要许多原子比较和交换操作，并且 ftrace 将日志代码放在每个单个函数的前置和后置码时间>。在解释结果时应考虑到这一点。

Answer 2

我不确定你会得到你想要的结果，但我们使用以下代码来获得微秒。

double Microsecs()
{
   static struct timeval _t;  
   static struct timezone tz;  
   gettimeofday(&_t, &tz);  
   return   (double)_t.tv_sec + (double)_t.tv_usec/(1000*1000);
}

比你在你想要的调用之前和之后调用它，看看它有多少次。
我们一直在使用这种方法来评估 IO 时间监控读/写/寻道操作，以优化性能，并且取得了不错的效果。

HTH。

Answer 3

您尝试过使用 OProfile 吗？