Drift-Untersuchung

Fragestellung

Nach dem die Pseudowurmlöcher in der Spezifikation möglich sind und auch feststellbar sind: Wie sehr laufen die TSC's eines Mehrkernprozessors auseinander ?

Versuchsprogramm tscdrift_multi

• Es wird je CPU ein Thread gestartet, bei dem die Affinität gesetzt wird, um das Laufen auf einer CPU zu erzwingen.
• Jeder Thread liest in regelmäßigen Abständen, die mit nanosleep erzeugt werden, den TSC und die CLOCK_MONOTONIC ausliest.
• Je Thread/CPU wird dann folgende Datei driftid.dat erzeugt:
  

  Feld	Bedeutung
  1	laufende Nummer
  2	monorel = Zeitstempel der CLOCK_MONOTONIC in ns (tv_sec*10^9+tv_nsec) abzüglich des ersten Stempels
  3	tscrel = tsc-Wert - erster TSC-Wert
  4	diffmono = monorel[n]-monorel[i-1]
  5	difftsc = tecrel[n]-tecrel[n-1]
  6	difftsc/diffmono = Vergleichsquotient

  
  (Die Felder werden als Asciitext mit Tabulator getrennt in die datei geschrieben.)
• Erweiterung: mit Parameter -M wird die CLOCK_MONOTONIC, mit -R wird die CLOCK_REALTIME gewählt.
• Bedenken: Sollte ein Kern der CPU belastet sein, so könnte dies zu Taktumschaltungen und damit zu einem weiteren Drift kommen.
  Um dies zu Prüfen, wird ein CPU-Verbrauer cpuburner parallel zum Test laufen gelassen.

Die Schaubilder können mit gnuplot erstellt werden, Untersuchungen können mit Statistik/Numerik Werkzeugkasten gemacht werden.

Erwartungen

• Im Idealfall sollte die Funktion (x=monorel,y=tscrel) eine Gerade sein.
  Jeder Thread sollte die gleiche Gerade liefert.
• Verrückte Abweichungen des tsc sollte sich als Treppenstufen im Schaubild zeigen - auf alle Fälle werden tscrel und monorel steigen
• Das Auseinanderlaufen sollte sich zeigen, indem verschiedene Geraden verschiedene Steigungen haben

Untersuchungsergebnisse

x86_64 2.2Ghz Linux aus vmware ESXI

Dieses sieht also ganz normal aus, alles schön linear und parallel.

Um der Befürchtung zu umgehen, dass die 500 Abtastungen nun zuviel sind, hier mal ein Ausschnitt von 10 Abtastungen:

also wie man es sich vorstellt.

Andererseits kann trotzdem das Wurmlochphänomen festgestellt werden.

Die Differenzenwerte sowohl bei der monotonen Uhr als auch bei TSC schwanken ein bischen ganz normal, mit aussreissern (falls doch der Prozessor abgegeben wurde!)

Wichtig ist, dass beide Zeitendifferenzen (Feld 4 und 5) gleichzeitig schwanken, d.h. korrelieren. Damit haben die Schwankungen die gleiche Ursache, es können nur Einflüsse durch den Scheduler sein.
Dieses sieht man hier:
Allerdings sieht es so aus, dass beide Prozessoren unterschiedlich schwanken.

Dieses sieht man auch mit grupstich berechneten Tabelle (siehe unten)

Der Vergleich von TSC mit der CLOCK_REALTIME ergibt die gleichen Ergebnisse.

Der zusätzliche cpuburner bringt in der Graphik weder bei der MONO-Clock noch bei der REALTIME-Clock sichtbare Auswirkungen.
Tabelle mit Mittelwert, Standardabweichung, Kovarianz und Korrelationskoeffizient:

• Man sieht, dass die Standardabweichungen im belasteten Fall grösser sind, was auch plausibel ist.
• Merkwürdig ist allerdings, dass man gar nicht genau sieht, ob CPU 0 oder CPU 1 belastet ist.