Linux下测量一次context switch所花的时间

看到水木上的一道题，Write a C program which measures the speed of a context switch on a UNIX/Linux system.刚开始想了好久都没有思路，后来想到了一个办法，不过不知道是不是出题者想要的东西，但是我觉得这个已经算是精度比较高的一个办法了。
具体做做法是：

在父子进程之间切换，来计算context switch的时间，于是写了一段代码（Linux only 的程序）

1.通过sched_setaffinity将进程绑定在某一个CPU上（如果是多核的话，比如CPU0），fork出来的子进程也会继承这个属性

2. 通过sched_setscheduler讲进程设置成SCHED_FIFO（这步需要root权限），即实时进程调度，同时，将优先级调到最高（最高优先级可以通过sched_get_priority_max系统调用得到，fork出来的子进程也会继承这个属性，这么做是为了保证CPU0上父进程和子进程优先级最高，父进程切换出来内核调度到的一定是子进程）

3.创建管道，用于在fork之后，父进程和子进程利用管道循环读写n次，读写一个int，用此来进行context switch

4. fork,，父进程先获取当前时间戳（gettimeofday），然后往管道中写，。这时子进程应该能从read中返回，然后子进程写一个int，父进程读，如此循环n次。结束之后，子进程获取当前时间戳。这两个时间戳之差就是大致n*2次的context switch的时间

附上实际的代码：

#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sched.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/wait.h>


int main(int argc, char* argv[])
{
        int prio_max,data,i,iter_count;        
        int pfd1[2],pfd2[2],time_pipe[2];
        pid_t pid,child;

        struct timeval start,end;
        struct sched_param prio_param;

        cpu_set_t cpuset;      

        if( argc > 1 )
                iter_count = atoi(argv[1]);
        else
                iter_count = 10000;

        CPU_ZERO(&cpuset);              
        CPU_SET(0,&cpuset);

        memset(&prio_param,0,sizeof(struct sched_param));

        pid = getpid();



        if( sched_setaffinity(pid,sizeof(cpu_set_t),&cpuset) < 0 ){
                perror("sched_setaffinity");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        if( (prio_max = sched_get_priority_max(SCHED_FIFO)) < 0 ){
                perror("sched_get_priority_max");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }
        printf("prio_max:      %d\n",prio_max);
        prio_param.sched_priority = prio_max;
        if( sched_setscheduler(pid,SCHED_FIFO,&prio_param) < 0 ){
                perror("sched_setscheduler");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        if( pipe(pfd1) < 0 ){
                perror("pipe");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        if( pipe(pfd2) < 0 ){
                perror("pipe");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        if( pipe(time_pipe) < 0 ){
                perror("pipe");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }

        if( (child = fork()) < 0 ){
                perror("fork");
                exit(EXIT_FAILURE);
        }else if( child == 0 ){        
                int n = sizeof(data);
                close(pfd1[1]);      
                close(pfd2[0]);
                close(time_pipe[0]);

                for( i = 0; i < iter_count; i++ ){
                        if( read(pfd1[0],&data,sizeof(data)) != n ){
                                perror("read at child process");
                                exit(EXIT_FAILURE);
                        }
                        if( write(pfd2[1],&data,sizeof(data)) != n){
                                perror("write at child process");
                                exit(EXIT_FAILURE);
                        }
                }
                gettimeofday(&end,NULL);

                n = sizeof(struct timeval);
                if( write(time_pipe[1],&end,sizeof(struct timeval)) != n ){
                        perror("write at child process");    
                        exit(EXIT_FAILURE);
                }
                close(pfd1[0]);
                close(pfd2[1]);
                close(time_pipe[1]);
                exit(EXIT_SUCCESS);
        
        }else{
                double switch_time,yield_time;        
                struct timeval yield;
                int n;
                close(pfd1[0]);
                close(pfd2[1]);
                close(time_pipe[1]);

                data = 1;
                n = sizeof(data);

                gettimeofday(&start,NULL);
                for( i = 0; i < iter_count;i++){
                        if( write(pfd1[1],&data,sizeof(data)) != n ){
                                perror("write at parent process");
                                exit(EXIT_FAILURE);
                        }
                        if( read(pfd2[0],&data,sizeof(data)) != n ){
                                perror("write at parent process");
                                exit(EXIT_FAILURE);
                        }
                }

                n = sizeof(struct timeval);
                if( read(time_pipe[0],&end,sizeof(struct timeval)) != n ){
                        perror("read at parent");    
                        exit(EXIT_FAILURE);
                }

                close(pfd1[1]);
                close(pfd2[0]);
                close(time_pipe[0]);

                wait(NULL);                  
                switch_time = ((end.tv_sec-start.tv_sec)*1000000+(end.tv_usec-start.tv_usec))/1000.0;
                printf("context switch between two processes: %0.6lfms\n",switch_time/(iter_count*2));

        }
        return 0;
}

实际在一个Intel(R) Xeon(R) CPU E5310  @ 1.60GHz  8核4GB内存的机器上，测出来一次context switch的时间大约在3.706us，所花费的指令数大致是5000~6000条指令的样子，实际的时间应该要比这个快一些吧。不过如果循环的n比较小的话，测出来的误差挺大的，比如iter_count取1，测出来的context switch时间貌似接近100us，相差了近100倍啊啊啊啊