很多時候我們使用函數 gettimeofday 以及 clock_gettime 作為我們獲取 wall lock的時鐘函數。
因為這兩種函數是 glibc 提供的用戶封裝，簡單易用，而且能夠精確到 ns，對于大多數的時鐘需求場景都已經夠用了。

但是如果 我們的應用 調用時鐘頻繁 且 對 多線程場景下時鐘的單調性要求不是特別高的時候 ，以上提到的兩個 glibc 函數的開銷其實是有點大的。

• gettimeofday 底層是會調用到系統調用 sys_gettimeofday，執行邏輯會陷入內核，將內核保存的 walllock 和 jiffies 做一個綜合的精度計算，將計算結果從內核態拷貝到用戶態，交給timeval，這整個過程可以說開銷是比較大的。（需要系統調用）
• clock_gettime，這個函數同樣的需要執行一個系統調用 ,并且做 精度處理之后才返回給用戶態。

舉個例子，我們分布式系統中的打點系統可以說非常重要，事關整個系統健康情況的展示，能夠幫助我們提前或者及時得準確發現系統中潛在的問題， 但是因為這一些打點需要在關鍵路徑上，往往對整個系統性能會有一定的損耗。而這一些打點 并不影響整個分布式系統中 為分布式事務選擇的時鐘（可以用兩套時鐘），只需要能夠計算出一個操作前后的時間差即可，保持單線程內的單調性即可。

所以，如果我們的系統中所有的時鐘都采用 glibc 實現的兩種方式，對于頻繁的打點系統來說 代價實在是有點大，而且對關鍵路徑的性能都會有一定的影響。

今天介紹一個可以從 CPU 寄存器中直接獲取 walllock 的匯編指令 RDTSC。
我們目前大多數的服務器系統是 AMD64 , x86_32/x86_64 位，可以通過如下 代碼獲取：

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>int main() {uint64_t a,d,t;__asm__ volatile("rdtsc" : "=a"(a), "=d"(d));t = ((d << 32) | a);printf("%lu\n",t);return 0;
}

拿到的 walllock 是 自1970.1.1 到現在 的CPU周期數，對于 GHZ 的CPU 來說單位就是ns。

我們的服務器主板有一個即使機器斷電重啟也不會重設的存儲單元 RTC，它會將當前機器到 1970.1.1 經過的時間轉化為當前機器的CPU時鐘周期并存儲下來。
我們的CPU 在完成一個時鐘周期之后會在 MSR(model-specific register) 寄存器中存儲計數(64位)，我們的 RDTSC (read Time-Stamp Counter) 指令就是直接從 MSR 寄存器中取出計數信息，其中的 高32位 放在 edx 寄存器中，低 32位放在eax 寄存器中。

這也就是為什么 我們在AMD64 下執行這個指令需要在取到結果之后對存儲高 32位數據 的 d 變量做一個移位。

這樣我們就可以完整得實現一個 在AMD64 架構下的 rdtsc 指令的時間統計：

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>static inline 
uint64_t rdtsc_time() {uint64_t a,d;__asm__ volatile("rdtsc" : "=a"(a), "=d"(d));return ((d << 32) | a);
}static inline 
uint64_t clock_to_nsec(uint64_t begin, uint64_t end) {double clock_diff;//  這里做一些簡單的單調性處理, 防止 end < begin.if (end < begin)return (0);clock_diff = (double)(end - begin);return ((uint64_t)(clock_diff);
}int main() {uint64_t start_ns = rdtsc_time();// do some code......uint64_t end_ns = rdtsc_time();fprintf(stdout, "code execute time(ns) : %lu\n", clock_to_nsec(start_ns, end_ns));return 0;
}

為了兼容不同的平臺，像 i386 以及 arm 平臺，所以，我們需要變更 rdtsc_time 函數為如下形態(不同架構下的獲取時鐘指令有一些差異)：

static inline uint64_t
rdtsc_time(void)
{
#if defined(__i386)  // intel 80386 架構{uint64_t x;__asm__ volatile("rdtsc" : "=A"(x));return (x);}
#elif defined(__amd64) // amd x86_64架構{uint64_t a, d;__asm__ volatile("rdtsc" : "=a"(a), "=d"(d));return ((d << 32) | a);}
#elif defined(__aarch64__) // arm 64為架構{uint64_t t;__asm__ volatile("mrs %0,  cntvct_el0" : "=r"(t));return (t);}
#elsereturn (0);
#endif
}

參考：
https://www.amd.com/system/files/TechDocs/24594.pdf
https://www.intel.com/content/dam/www/public/us/en/documents/white-papers/ia-32-ia-64-benchmark-code-execution-paper.pdf

總結

以上是生活随笔為你收集整理的通过 RDTSC 指令从 CPU 寄存器中直接获取系统时钟的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。