虚拟机环境下 clock_gettime 测量的线程 CPU 时间可靠性解析

虚拟机中 clock_gettime 对线程 CPU 时间可靠性的影响

问题陈述

在多线程应用程序中，准确测量每个线程的 CPU 时间至关重要。Linux 提供的 clock_gettime 函数可用于此目的。然而，在虚拟机 (VM) 环境中使用 clock_gettime 时，其可靠性可能会受到质疑。

虚拟机中的 CPU 分配

VM 中的虚拟 CPU (vCPU) 由物理 CPU 提供支持。VM 可以动态地分配和重新分配物理 CPU，以根据需要优化性能。当 VM 失去物理 CPU 时，其 vCPU 将暂停执行。当 VM 重新获得物理 CPU 时，vCPU 将恢复执行。

clock_gettime 的可靠性

在 VM 中使用 clock_gettime 测量的线程 CPU 时间的可靠性取决于以下因素：

• 虚拟机管理器 (VMM)： 不同 VMM 对 vCPU 暂停和恢复行为的处理方式可能不同，从而影响 clock_gettime 的可靠性。
• 操作系统： 操作系统负责管理线程调度和时钟管理。不同的操作系统可能实现不同的时钟行为。

常见场景

考虑以下常见场景：

• 线程获得 vCPU 并运行 10 秒。
• VM 失去物理 CPU，导致 vCPU 暂停 10 秒。
• VM 重新获得物理 CPU。

在重新获得物理 CPU 后，clock_gettime 返回的线程 CPU 时间可能为以下两种情况之一：

• 10 秒： 如果 VMM 和操作系统暂停了时钟，当 vCPU 暂停时 clock_gettime 将停止计数。
• 20 秒： 如果 VMM 和操作系统未暂停时钟，clock_gettime 将继续计数，即使 vCPU 已暂停。

实际情况

在特定情况下，例如使用 Ubuntu 18.04 作为来宾操作系统以及 KVM 或 VMware ESXi 作为 VMM，clock_gettime 通常被认为是可靠的。在这种情况下，VMM 和操作系统都会暂停时钟，导致重新获得物理 CPU 后 clock_gettime 返回的线程 CPU 时间为 10 秒。

结论

在 VM 中使用 clock_gettime 测量线程 CPU 时间的可靠性取决于 VMM 和操作系统的实现。在某些情况下，例如使用 Ubuntu 18.04 和特定的 VMM，clock_gettime 可以提供可靠的测量。但是，在使用不同的 VMM 和操作系统时，可能需要进一步的调查以验证可靠性。

常见问题解答

1. clock_gettime 在所有 VM 环境中都可靠吗？
不一定。可靠性取决于 VMM 和操作系统的实现。

2. 如何提高 clock_gettime 的可靠性？
使用已知可靠的 VMM 和操作系统，并确保在 vCPU 暂停时暂停时钟。

3. 有没有其他方法来测量 VM 中的线程 CPU 时间？
可以考虑使用 perf 工具或其他 VM 级监控工具。

4. clock_gettime 的可靠性对哪些应用程序很重要？
对准确测量线程 CPU 时间至关重要的应用程序，例如性能分析和调度算法。

5. 在 VM 中使用 clock_gettime 时有哪些其他注意事项？
注意 vCPU 分配策略、操作系统时钟管理和 VMM 的时钟行为。