OSTEP：程序上下文切换的开销

第六章：受限制直接执行/上下文切换

实验环境

由于该实验要求在单个CPU上运行两个进程并在他们两个UNIX管道，而书中介绍的sche_affinity()函数的具体调用不是很清楚，所以这里通过Docker的参数限制，创建了一个只使用宿主机一个CPU资源的容器进行实验。

单核Docker容器的创建

docker run -it -d --cpuset-cpus="0" --name=os ubuntu:latest

注：在以上环境中如果使用函数查询CPU核心数依旧可以发现为16或其他多核，但是在通过指令stress -c 4实际测试后，性能只会在宿主机的单一CPU核心上运行，不影响实验。但是如果在创建Docker容器的时候使用的是--cpus=1，由于负载均衡，并不能达到单核进行实验的目的。

测量思路

1. 通过gettimeofday()增加时间戳函数，获取执行时间

2. 创建10个管道，循环5次，每次循环的时候分别在两个管道之间反复通信，并输出上下文切换时间差

代码实现

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

// 标记时间戳
uint64_t getTimeTick()
{
    struct timeval tv;
    gettimeofday(&tv, NULL);
    return tv.tv_usec;
}

int main()
{
    // 创建十个管道用于读写测试
    int fd[10][2];
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        if (pipe(fd[i]) < 0)
        {
            perror("pipe");
            exit(1);
        }
    }
    char timeWrite[256], timeRead[256];
    // 创建子进程
    for (int i = 0; i < 9; i += 2)
    {
        int rc = fork();
        switch (rc)
        {
        case -1: // error
            perror("fork");
            exit(EXIT_FAILURE);
        case 0:
            // 从管道一中读取数据，如果管道一中没有数据，则阻塞等待
            read(fd[i][0], timeRead, sizeof(timeRead));
            printf("Read - Write %d: %lu\n", i, getTimeTick() - atol(timeRead));
            // 将时间写入管道二
            sprintf(timeWrite, "%lu", getTimeTick());
            write(fd[i + 1][1], timeWrite, sizeof(timeWrite));
            // 从管道一中读取数据，并计算进程切换的总时间
            exit(0);
        default:
            // 将时间写入管道一
            sprintf(timeWrite, "%lu", getTimeTick());
            write(fd[i][1], timeWrite, sizeof(timeWrite));
            // 由于在执行完write之后会继续执行主进程，下方的read也会运行，因此最后结果中奇数进程的结果时间会比偶数进程的时间长，正确答案应该靠近偶数
            // 从管道二读取数据，如果管道二中没有数据，则阻塞等待
            read(fd[i + 1][0], timeRead, sizeof(timeRead));
            printf("Read - Write %d: %lu\n", i + 1, getTimeTick() - atol(timeRead));
            break;
        }
    }
    return 0;
}

测量结果

Read - Write 0: 24
Read - Write 1: 7
Read - Write 2: 16
Read - Write 3: 6
Read - Write 4: 17
Read - Write 5: 7
Read - Write 6: 17
Read - Write 7: 6
Read - Write 8: 18
Read - Write 9: 9

结果差错

由于在执行完write之后会继续执行主进程，下方的read也会运行，因此最后结果中奇数进程的结果时间会比偶数进程的时间长，正确答案应该靠近偶数（已经在代码中用注释写明）。