确定 Linux 上的 TSC 频率

Question

给定具有恒定 TSC 的 x86，这对于测量实时非常有用，如何使用 Linux 计算的 TSC 校准因子在 TSC 参考周期的“单位”和正常人类实时单位（如纳秒）之间进行转换在启动时？

也就是说，我们当然可以通过在某个间隔的两端进行 TSC 和时钟测量（例如，使用

CLOCK_MONOTONIC

）来计算用户态的 TSC 频率，以确定 TSC 频率，但 Linux 已经在启动时进行了这一计算-time，因为它内部使用 TSC 来帮助计时。

例如，您可以使用

dmesg | grep tsc

 查看内核的结果：

[    0.000000] tsc: PIT calibration matches HPET. 2 loops
[    0.000000] tsc: Detected 3191.922 MHz processor
[    1.733060] tsc: Refined TSC clocksource calibration: 3192.007 MHz

在最糟糕的情况下，我想你可以尝试在运行时从

dmesg

 中 grep 结果，但坦率地说，这看起来很糟糕，脆弱且各种不好

0^。

使用内核确定的校准时间的优点有很多：

cpuid

 leaf 0x15 宣传其 TSC 频率，因此并不总是需要校准）。

gettimeofday
```
 和 
```
clock_gettime
1^{）使用的 TSC 频率“一致”。}

但这并不全是肉汁，使用 Linux 的 TSC 校准的一些缺点包括：

0^{例如：系统可能未安装}dmesg

，您可能无法以普通用户身份运行它，累积的输出可能已回绕，因此线路不再存在，您可能会收到误报你的 grep，内核消息是英文散文，可能会发生变化，可能很难启动子进程等等，等等

1^{这是否重要还存在争议 - 但如果您将}rdtsc

 调用与也使用操作系统计时的代码混合，则可能会提高精度。

Answer 1

对于相关或重复的问题，这个

很好的答案列举了两种从内核获取此信息的方法：使用 BPF 或使用 perf。

以下代码片段包含获取该值的最简单的 BPF 程序。它通过

tsc_khz

 读取

/proc/kallsyms

（从

bpf_probe_read_kernel()

 获得）来获取值。

它滥用了 BPF 测试运行的返回值未被检查的事实——因此它省略了映射的创建。如果以后需要，可以非常简单地对该程序进行修改以使用 eBPF 映射。

const void* resolve_kernel_symbol(const char* name) {
    FILE* file;
    char buffer[0x100];
    const void* result = NULL;
    char* saveptr;

    file = fopen("/proc/kallsyms", "rt");
    if (!file)
        return NULL;

    while (fgets(buffer, sizeof buffer, file)) {
        const char* next, *address = strtok_r(buffer, " ", &saveptr);

        if (!address)
            continue;

        if (!strtok_r(NULL, " ", &saveptr))
            continue;

        next = strtok_r(NULL, "\n", &saveptr);
        if (!next)
            continue;

        if (!strcmp(name, next)) {
            result = (const void*)strtoul(address, &saveptr, 0x10);
            goto end;
        }
    }

end:
    fclose(file);
    return result;
}

int read_kernel_int(const void* address) {
    int prog_fd, result;

    const struct bpf_insn program[] = {                 /* r10 = stack */
        /* Load the first argument (the destination address, local variable). */
        BPF_MOV64_REG(BPF_REG_1, BPF_REG_10),           /* r1 = stk */
        BPF_ALU64_IMM(BPF_ADD, BPF_REG_1, -4),          /* r1 -= 4  */

        /* Load the second argument, 4 (sizeof int). */
        BPF_MOV64_IMM(BPF_REG_2, 4),                    /* r2 = 4   */

        /* Load the third argument, address of symbol. */
        BPF_LD_IMM64(BPF_REG_3, (long)address),

        /* Call bpf_probe_read_kernel. */
        BPF_JMP_IMM(BPF_CALL, 0, (long)bpf_probe_read_kernel, 0),

        /* Set the exit code to the read value. */
        /* r1 is caller-saved, so cannot be used. */
        BPF_LDX_MEM(BPF_W, BPF_REG_0, BPF_REG_10, -4), /* r0 = *((u32*)stk-1) */
        BPF_EXIT_INSN()
    };

    {
        union bpf_attr attr = {0};
        attr.prog_type = BPF_PROG_TYPE_RAW_TRACEPOINT;
        attr.insns = (__u64)program;
        attr.insn_cnt = sizeof program/sizeof program[0];
        attr.license = (__u64)"GPL";

        if ((prog_fd = syscall(SYS_bpf, BPF_PROG_LOAD, &attr, sizeof attr)) < 0)
            return -1;
    }

    {
        union bpf_attr attr = {0};
        attr.test.prog_fd = prog_fd;
        if (syscall(SYS_bpf, BPF_PROG_TEST_RUN, &attr, sizeof attr) < 0) {
            result = -1;
            goto out;
        }
        result = attr.test.retval;
    }

out:
    close(prog_fd);
    return result;
}

int get_tsc_freq(void) {
    return read_kernel_int(resolve_kernel_symbol("tsc_khz"));
}

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