c - 如何精确或近似地测量接收数据包的延迟

Question

我正在尝试测量数据包进入 Rx 缓冲区并复制到应用程序内存时的延迟。我正在用这段代码测量它:

struct timespec start, end;

clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &start);
recvfrom(sock, msg, msg_len, 0, &client, &client_addrlen);
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &end);

我知道这不能精确测量延迟。但是，我可以通过接收许多数据包、测量每个数据包并计算它们来计算平均延迟。有什么方法可以更精确地测量延迟吗？ (例如，latency =(recvfrom() 完成的时间)-(NIC 从中接收数据包的时间))

对于设备和设备驱动程序，我使用的是 Mellanox connectx-3 和 mlx4_en。

Answer 1

我能够通过 recvmsg() 获得几乎精确的数字。

引用

• 最有帮助的链接 ( https://stackoverflow.com/a/47329376/5215330 )
• 网络时间戳 ( https://www.kernel.org/doc/Documentation/networking/timestamping.txt )
• Linux 精确时间协议(protocol) ( http://linuxptp.sourceforge.net/ )

代码

我正在重现第一个链接中的代码。此代码不是准备运行的，而只是工作代码中的一个片段。

static struct timespec handle_time(struct msghdr *msg) {
    struct cmsghdr *cmsg = CMSG_FIRSTHDR(msg);
    struct scm_timestamping *ts = (struct scm_timestamping *)CMSG_DATA(cmsg);
    return ts->ts[0];
}

...
char ctrl[64];
char *msg = malloc(64);

int val = SOF_TIMESTAMPING_RX_HARDWARE | SOF_TIMESTAMPING_RX_SOFTWARE
        | SOF_TIMESTAMPING_SOFTWARE | SOF_TIMESTAMPING_RAW_HARDWARE;

setsockopt(sock_fd, SOL_SOCKET, SO_TIMESTAMPING, &val, sizeof(val));

// user buffer
struct iovec iov = {
    .iov_base = msg,
    .iov_len = msg_len,
};

// ancillary message header 
struct msghdr m = {
    .msg_name = &client_addr,           // struct sockaddr_in
    .msg_namelen = client_addrlen,      // socklen_t
    .msg_iov = &iov,
    .msg_iovlen = 1,
    .msg_control = &ctrl,
    .msg_controllen = sizeof(ctrl),
};

while (1) {
    memset(msg, 0, msg_len);
    num_received = recvmsg(sock_fd, &m, 0);
    start = handle_time(&m);
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &end);

    if (verbose) {
        double elapsed_time = time_diff(start, end) / 1000;
        total_elapsed += elapsed_time;
        count++;
        printf("%f us %f us\n", elapsed_time, total_elapsed / count);
    }

    if (sendto(sock_fd, msg, msg_len, 0, (struct sockaddr *) &client_addr, client_addrlen) < 0) {
        perror("\nMessage Send Failed\n");
        fprintf(stderr, "Value of errno: %d\n", errno);
    }
}

关键点是使用setsockopt()和recvmsg()。关键机制是当你为某个套接字FD设置一个选项时，内核会根据时间戳标志设置一个时间戳。在你设置它们之后，如果你收到一个带有 struct msghdr 的消息，内核将以 SW 或 HW 的方式审计时间戳。当您查看数据时，您将能够获得 3 个时间戳。这些信息可以解释如下:

The structure can return up to three timestamps. This is a legacyfeature. At least one field is non-zero at any time. Most timestampsare passed in ts[0]. Hardware timestamps are passed in ts[2]. ts[1] used to hold hardware timestamps converted to system time. Instead, expose the hardware clock device on the NIC directly as a HW PTP clock source, to allow time conversion in userspace and optionally synchronize system time with a userspace PTP stack such as linuxptp. For the PTP clock API, see Documentation/driver-api/ptp.rst.

有关详细信息，请参阅 Documentation/networking/timestamping.txt 中的 2.1。

如果你想看到硬件时间戳，那么你需要有一个特定的硬件(引用 this comment )并用 ioctl() 改变它的特性。但是，有一个名为 linuxptp 的便捷工具可以完成这项工作。