CPP 函数的执行持续时间服从双峰分布

Question

为什么我的 C++ 函数的执行时间遵循双峰分布？

In my C++ code, I load an external library, a data processor (either a cpp class compiled to a shared object which is dynamically loaded, or a python class), then call its method data_received N times and measure how much time it each execution data_received了。 因此，我实例化了 class，它的方法在开始测量之前只调用一次。 然而，在这两个版本中，执行持续时间遵循双峰分布（图 1.cpp，图 2.python）。

这里要注意的一件事是，每当 ROS 节点收到消息时，我都会将这些函数作为回调运行。 Publisher 以 5000 的频率发布一条消息，因此每 0.2 毫秒。 所以这些函数大约每 0.2 毫秒调用一次。

另外，我尝试正常调用这些函数1000000次，所以没有回调。 在这种情况下，执行持续时间分布也遵循这种双峰分布，但不那么强烈（图 3 和图 4）。

因此，我是按顺序正常运行代码还是定期作为回调运行代码之间存在明显区别。 但是，我不明白为什么这很重要。 此外，这些持续时间似乎是周期性的——因此它们以组的形式出现。 这在图 5 中进行了说明。这适用于 cpp 和 python 以及正常运行代码时，而不是作为回调（但效果不太清楚）。

我猜这在某种程度上与CPU调度有关？ 但是，我在 Linux PREEMPT_RT kernel 5.15.55-rt48 上运行，已将进程优先级设置为 -98 并将调度策略设置为 SCHED_RR。 我正在使用发布版本。 我正在使用colcon colcon build --packages-select <ros package> --cmake-args -DCMAKE_BUILD_TYPE=Release和以下 CMakeLists.txt 构建项目。 我的编译器是 GNU 9.4.0。

cmake_minimum_required(VERSION 3.8)
project(data_processor)

message(STATUS "compiler: ${CMAKE_CXX_COMPILER_ID} ${CMAKE_CXX_COMPILER_VERSION}")

if (CMAKE_COMPILER_IS_GNUCXX OR CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
    add_compile_options(-Wall -Wextra -Wpedantic)
endif ()

find_package(ament_cmake REQUIRED)
find_package(rclcpp REQUIRED)
find_package(std_msgs REQUIRED)
find_package(mtms_interfaces REQUIRED)
find_package(fpga_interfaces REQUIRED)

set(MATLAB_FIND_DEBUG true)
# MATLAB
find_package(Matlab)
if (Matlab_FOUND)
    # Following 5 lines taken from https://stackoverflow.com/questions/8880802/cmake-linking-shared-library
    # Fixes runtime error "error while loading shared libraries: libMatlabDataArray.so: cannot open shared object file: No such file or directory"
    SET(CMAKE_SKIP_BUILD_RPATH FALSE)
    SET(CMAKE_BUILD_WITH_INSTALL_RPATH FALSE)
    SET(CMAKE_INSTALL_RPATH "${CMAKE_INSTALL_PREFIX}/lib64")
    SET(CMAKE_INSTALL_RPATH_USE_LINK_PATH TRUE)
    SET(CMAKE_INSTALL_RPATH "${CMAKE_INSTALL_PREFIX}/lib64")

    set(LD_LIBRARY_PATH ${LD_LIBRARY_PATH}:${Matlab_ROOT_DIR}/extern/bin/glnxa64:${Matlab_ROOT_DIR}/sys/os/glnxa64)
    include_directories(${Matlab_ROOT_DIR}/extern/include/)
    link_directories(${Matlab_ROOT_DIR}/extern/bin/glnxa64)
else ()
    message(STATUS "MATLAB NOT FOUND")
endif ()

add_executable(
        data_processor
        src/data_processor.cpp
        src/processor.cpp
        src/headers/processor.h
        src/python_processor.cpp
        src/matlab_processor.cpp
        src/compiled_matlab_processor.cpp
        src/matlab_processor_interface.cpp
        src/headers/matlab_processor.h
        src/headers/python_processor.h
        src/headers/compiled_matlab_processor.h
        src/headers/scheduling_utils.h
        src/headers/scheduling_utils.cpp
        src/headers/matlab_processor_interface.h
        src/headers/fpga_event.h
        src/headers/data_processor.h
        src/headers/matlab_helpers.h
        src/matlab_helpers.cpp)

target_include_directories(data_processor
        PUBLIC
        $<BUILD_INTERFACE:${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}/lib>
        $<INSTALL_INTERFACE:lib>)

ament_target_dependencies(data_processor rclcpp std_msgs mtms_interfaces fpga_interfaces)

if (Matlab_FOUND)
    # MATLAB, Linker to libMatlabEngine in link_directories
    target_link_libraries(data_processor MatlabDataArray)
    target_link_libraries(data_processor MatlabEngine)
endif ()

# Python
find_package(PythonLibs)
if (PYTHONLIBS_FOUND)
    message(STATUS "Python found")
    include_directories(${PYTHON_INCLUDE_DIRS})
    target_link_libraries(data_processor ${PYTHON_LIBRARIES})
else ()
    message(STATUS "Python not found")
endif ()

install(TARGETS
        data_processor
        DESTINATION lib/${PROJECT_NAME}
        )

install(
        DIRECTORY launch
        DESTINATION share/${PROJECT_NAME}
)

if (BUILD_TESTING)
    find_package(ament_lint_auto REQUIRED)
    ament_lint_auto_find_test_dependencies()
endif ()

ament_package()

图 1. 以微秒为单位的回调持续时间，cpp