一次因校时服务器异常引起的性能差异分析

一次因校时服务器异常引起的性能差异分析

• 一.背景知识
• • 1. **TSC 频率**：硬件级高精度计时
  • 2. **gettimeofday**：用户态时间接口
  • 3. **adjtimex**：系统时钟的软件校准
  • 4. **`clock_adjtime(CLOCK_REALTIME, {modes=ADJ_TICK})`**: 用于修改系统时钟中断间隔（`tick` 值）。
  • 5. 关系
  • 6.关键结论
  • 7.示例场景
• 二.实验
• • 1.用有问题的NTP服务器模拟
  • 2.通过`adjtimex`测试不同`tick`对计时的影响

一.背景知识

1. TSC 频率：硬件级高精度计时

• TSC（Time Stamp Counter） 是 CPU 提供的硬件计数器，其频率直接由 CPU 时钟决定（例如 3 GHz 的 CPU，TSC 每秒递增约 3×10⁹ 次）。
• 精度：TSC 的递增频率决定了硬件层面的最小时间分辨率。例如，3 GHz 的 TSC 理论上可提供约 0.33 纳秒的分辨率。
• 问题：TSC 的绝对准确性依赖于 CPU 时钟的稳定性。若 CPU 频率动态调整（如节能模式），旧 CPU 的 TSC 可能漂移；现代 CPU 通常支持恒定 TSC（constant_tsc），确保频率固定。

2. gettimeofday：用户态时间接口

• gettimeofday 是系统调用，返回当前时间（秒 + 微秒），其底层依赖内核的时间源（如 TSC）。
• 精度：
  • 若内核使用 TSC 作为时间源（通过 clocksource=tsc 配置），gettimeofday 的精度直接由 TSC 频率决定（微秒级接口，但实际分辨率可达纳秒级）。
  • 内核会将 TSC 值转换为系统时间（通过校准的 TSC 频率），因此 TSC 的校准误差会影响 gettimeofday 的绝对时间，但短期时间间隔的测量精度仍由 TSC 分辨率保证。

3. adjtimex：系统时钟的软件校准

• adjtimex 用于调整内核时钟的频率补偿和时间偏移，通常由 NTP（网络时间协议）调用，以纠正系统时钟与真实时间的偏差。
• 作用：
  • 当 TSC 存在微小频率误差（如硬件时钟略快或略慢）时，adjtimex 会修改内核的时钟频率补偿参数（time_freq），使系统时间逐渐与真实时间同步。
  • 例如，若 TSC 频率的校准值有 0.001% 的误差，adjtimex 可通过调整内核的换算系数，修正 gettimeofday 返回的时间。

4. clock_adjtime(CLOCK_REALTIME, {modes=ADJ_TICK}): 用于修改系统时钟中断间隔（tick 值）。

• CLOCK_REALTIME：系统范围的实时时钟，表示从 Unix 纪元（1970-01-01 00:00:00 UTC）到当前的时间。
• ADJ_TICK 模式：通过 clock_adjtime 调整时钟的 tick 参数，即每个时钟中断的时间间隔（单位：微秒）。默认值通常为 10000（即 10 毫秒）。
• 作用：修改 tick 值会影响时钟中断的频率，进而影响系统时间的更新粒度。但需谨慎操作，不当的 tick 值可能导致系统不稳定。

5. 关系

6.关键结论

7.示例场景

• 未校准的 TSC： 若 TSC 频率校准错误（例如内核误判为 3.0 GHz，实际是 3.0001 GHz），gettimeofday 返回的时间会逐渐漂移。此时需通过 adjtimex 调整频率补偿参数，修正漂移。

• 恒定 TSC + adjtimex： 在支持恒定 TSC 的 CPU 上，结合 adjtimex 的微调，gettimeofday 既能提供高分辨率的时间间隔测量，又能保持长期时间同步。

二.实验

1.用有问题的NTP服务器模拟

cat > ntp_srv.py <<–\’EOF\’
import socket
import struct
import time
import random

NTP_PORT = 123

def server():
sock = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
sock.bind((\’0.0.0.0\’, NTP_PORT)