WRAP

一応、自前のプログラムも作ってみた。いわゆる純粋培養ね。まあ、libcのそれをパクッただけだけど。

#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>

static inline u_int
rdtime(void) {
        uint64_t ret;
        __asm volatile("rdtime %0" : "=r"(ret));
        return ret;
}

int main(){
        printf("%u\n", rdtime());
        printf("%u\n", rdtime());
}

何回か実行。確かにカウンターだ。それより驚くべき事は、システムコールしなくても、CPUの中のカウンターをアクセス出来る事。こんな事を許して委員会？

riscv$ ./a.out
3705945385
3706296898
riscv$ ./a.out
3761925097
3762262483

古典的なマシンって事で、10年前のThinkPad で動いてるFreeBSDのハードウェア・プロービングの結果。

[sakae@fb ~]$ dmesg | grep timer
Event timer "LAPIC" quality 100
Event timer "HPET" frequency 14318180 Hz quality 450
Event timer "HPET1" frequency 14318180 Hz quality 440
Event timer "HPET2" frequency 14318180 Hz quality 440
Event timer "HPET3" frequency 14318180 Hz quality 440
Event timer "RTC" frequency 32768 Hz quality 0
attimer0: <AT timer> port 0x40-0x43,0x50-0x53 irq 0 on acpi0
Event timer "i8254" frequency 1193182 Hz quality 100
acpi_timer0: <24-bit timer at 3.579545MHz> port 0x408-0x40b on acpi0

ユーザーランドから、手軽に触れそうにないな。しっかり周辺機器扱いになってるし、CPU内蔵も、アクセスするには、それなりの作法が必要っぽい。

ラッピングされてるのは、他に無いか、少し探りをいれてみた。やっぱりボチボチでんなあ。

ob$ cd /usr/src/lib
ob$ grep DEF_WRAP -rIl .
./libc/include/DETAILS
./libc/include/README
./libc/include/namespace.h
./libc/sys/ptrace.c
./libc/sys/w_clock_gettime.c
./libc/sys/w_fork.c
./libc/sys/w_gettimeofday.c
./libc/sys/w_sigaction.c
./libc/sys/w_sigprocmask.c
./libc/sys/w_vfork.c

ついでに、riscv64と名のつくarchの場所も調べておく。

ob$ cd /usr/src
ob$ find . -type d -name riscv64
./distrib/notes/riscv64
./distrib/riscv64
./lib/csu/riscv64
./lib/libc/arch/riscv64
./lib/libcrypto/arch/riscv64
./lib/libm/arch/riscv64
./libexec/ld.so/riscv64
./sys/arch/riscv64
./sys/arch/riscv64/riscv64
./sys/stand/efi/include/riscv64

kern/init_main.c/initclocks() -> kern/kern_clock.c/cpu_initclocks()

arch/riscv64/riscv64//clock.c

cpu_initclocks(void)
{
        tb_timecounter.tc_frequency = tb_freq;
        tc_init(&tb_timecounter);

        tick_increment = tb_freq / hz;
         :

ハード屋はハードの諸元が、ついつい気になる。 tb_freq ってどれぐらい？ machdep.cに定義があった。 uint64_t tb_freq = 1000000; ですって。素直に解釈すると1MHzだから、1usでカウントアップするんだな。

そして、hz は param.c で、100が設定されている。これ、糞石システムでは50だったか60だったように思うぞ。

そして、このファイルにも、rdtime()が定義されてた。カーネル側のやつね。riscv64/include/cpufunc.hに定義されてた。

#define rdcycle()                       csr_read(cycle)
#define rdtime()                        csr_read(time)
#define rdinstret()                     csr_read(instret)
#define rdhpmcounter(n)                 csr_read(hpmcounter##n)

この定義に出て来る ## は、コンパイラーの工程プリプロセッサーの命令で、文字列の結合だ。 また、 csr_read() は、riscvreg.h

#define csr_read(csr)                                                   \
({      u_long val;                                                     \
        __asm volatile("csrr %0, " #csr : "=r" (val));          \
        val;                                                            \
})

に定義されてる。libc側の定義と比べると、より原理的だな。

kern_tc.c に面白い構造体が定義されてた。

struct timehands {
        /* These fields must be initialized by the driver. */
        struct timecounter      *th_counter;            /* [W] */
        int64_t                 th_adjtimedelta;        /* [T,W] */
        struct bintime          th_next_ntp_update;     /* [T,W] */
        int64_t                 th_adjustment;          /* [W] */
        u_int64_t               th_scale;               /* [W] */
        u_int                   th_offset_count;        /* [W] */
        struct bintime          th_boottime;            /* [T,W] */
        struct bintime          th_offset;              /* [W] */
        struct bintime          th_naptime;             /* [W] */
        struct timeval          th_microtime;           /* [W] */
        struct timespec         th_nanotime;            /* [W] */
        /* Fields not to be copied in tc_windup start with th_generation. */
        volatile u_int          th_generation;          /* [W] */
        struct timehands        *th_next;               /* [I] */
};

この中にある、 th_boottime って、いつセットされるんだろう？ その前に bintimeって型は？ 型はきっとヘッダーで説明されてるはず。time.h。

/* Time expressed as seconds and fractions of a second + operations on it. */
=>ruct bintime {
        time_t  sec;
        uint64_t frac;
};

/*
 * Functions for looking at our clocks: [get]{bin,nano,micro}[boot|up]time()
 *
 * Functions without the "get" prefix returns the best timestamp
 * we can produce in the given format.
 *
 * "bin"   == struct bintime  == seconds + 64 bit fraction of seconds.
 * "nano"  == struct timespec == seconds + nanoseconds.
 * "micro" == struct timeval  == seconds + microseconds.
 *
 * Functions containing "up" returns time relative to boot and
 * should be used for calculating time intervals.
 *
 * Functions containing "boot" return the GMT time at which the
 * system booted.
 *
 * Functions with just "time" return the current GMT time.
    :

色々な精度に対応出来るようになってるんだな。

じゃ、更新されるタイミングを捉える為、watch th0.th_boottime しておく。それは、gdbが下記のように解釈するんだね。なおtimehands の型を使うグローバル変数に、th1ってのもあるけど、th0っとリングになってる。この使い分けがいまいち不明。

(gdb) info breakpoints
Num     Type           Disp Enb Address            What
2       hw watchpoint  keep y                      th0.th_boottime
        breakpoint already hit 1 time

で、実行結果。

(gdb) bt
#0  0xffffffc000346226 in tc_windup (new_boottime=0xffffffc000805bd8, new_offset=0x0, new_adjtimedelta=0xffffffc000805bd0) at\
 /usr/src/sys/kern/kern_tc.c:712
#1  0xffffffc000345fd8 in tc_setrealtimeclock (ts=0xffffffc000805ca0) at /usr/src/sys/kern/kern_tc.c:532
#2  0xffffffc0003465ee in tc_setclock (ts=0xffffffc000805ca0) at /usr/src/sys/kern/kern_tc.c:567
#3  0xffffffc00021fcb8 in inittodr (base=1669878550) at /usr/src/sys/kern/kern_time.c:904
#4  0xffffffc000349004 in ffs_mountroot () at /usr/src/sys/ufs/ffs/ffs_vfsops.c:193
#5  0xffffffc00035d88a in dk_mountroot () at /usr/src/sys/kern/subr_disk.c:1346
#6  0xffffffc00030af30 in main (framep=<optimized out>) at /usr/src/sys/kern/init_main.c:456

面白い所から、呼び出されているな。