分叉减少函数执行时间

Question

我得到了一个奇怪的观察。

基本上，我正在尝试测量执行长 for 循环的时间。这是我的 C 代码。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/wait.h>
#include <errno.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define fatal(s, ...) do { printf("%d: errno = %s\n", __LINE__, strerror(errno)); printf(s, ##__VA_ARGS__); exit(-1);}while(0)
#define ts(x) (gettimeofday(&x, NULL))
#define dt(t2, t1) ((t2.tv_sec - t1.tv_sec)*1000000 + (t2.tv_usec - t1.tv_usec))

struct timeval t1, t2;;
#define FORK
int main(int argc, char *argv[])
{
    volatile uint32_t d, v, i, j;
    pid_t pid;
    if(argc != 2)
    fatal("./main count\n");
    sscanf(argv[1], "%u", &d);
    v = 1612 * d;
    printf("v= %u\n", v);
#ifdef FORK    
    if((pid = fork()) != 0) { // running in child or parent gives same result
#endif  
    ts(t1);
    for(j = 0; j < 1000; j++)
        for(i = 0; i < v; i++);
    ts(t2);
    printf("dt = %lu\n", dt(t2, t1));
#ifdef FORK     
    }
    else {
    wait(NULL);
    }
#endif    
    return 0;
}

现在，如果我在没有 fork 的情况下测量时间，我得到的时间比在 fork 之后运行相同的东西要长！无论我是在子级还是父级中运行 for 循环都没有关系。起初我以为墙上的时间可能是行为不端，但是我用秒表测量并且 for 循环分叉后实际上执行得更快

示例输出：

$ ./main 100000 // without fork
v= 161200000
dt = 95063417
$ ./main 100000 // with fork
v= 161200000
dt = 82714821

我试过用

taskset

执行，它给出了相同的结果。在我的系统中，我也禁用了超线程，隔离了一个核心并将其频率固定为 2.8 GHz，我观察到同样的现象。我什至在虚拟机 (firecracker) 中运行了相同的实验。我观察到相同的结果（也有外部秒表）！

发生了什么（见鬼）？为什么我得到这样的结果？

uname -a

的输出

Linux csl 5.15.0-58-generic #64~20.04.1-Ubuntu SMP Fri Jan 6 16:42:31 UTC 2023 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux

lscpu

的输出

Architecture:                    x86_64
CPU op-mode(s):                  32-bit, 64-bit
Byte Order:                      Little Endian
Address sizes:                   48 bits physical, 48 bits virtual
CPU(s):                          16
On-line CPU(s) list:             0-15
Thread(s) per core:              1
Core(s) per socket:              16
Socket(s):                       1
NUMA node(s):                    1
Vendor ID:                       AuthenticAMD
CPU family:                      25
Model:                           33
Model name:                      AMD Ryzen 9 5950X 16-Core Processor
Stepping:                        0
Frequency boost:                 disabled
CPU MHz:                         2200.000
CPU max MHz:                     5083.3979
CPU min MHz:                     2200.0000
BogoMIPS:                        6787.45
Virtualization:                  AMD-V
L1d cache:                       512 KiB
L1i cache:                       512 KiB
L2 cache:                        8 MiB
L3 cache:                        64 MiB
NUMA node0 CPU(s):               0-15