วัดเวลาใน Linux - เวลาเทียบกับนาฬิกาเทียบกับ getrusage เทียบกับ clock_gettime เทียบกับ gettimeofday เทียบกับ timespec_get?

ท่ามกลางฟังก์ชั่นจับเวลา, time, clock getrusage, clock_gettime, gettimeofdayและtimespec_getผมต้องการที่จะเข้าใจอย่างชัดเจนว่าพวกเขาจะดำเนินการและสิ่งที่มีค่าที่พวกเขากลับมาเพื่อที่จะทราบซึ่งในสถานการณ์ที่ผมต้องใช้พวกเขา

แรกที่เราต้องฟังก์ชั่นประเภทกลับค่าผนังนาฬิกาเปรียบเทียบกับฟังก์ชั่นที่กลับมากระบวนการหรือหัวข้อค่า gettimeofdayส่งคืนค่านาฬิกาแขวนclock_gettimeส่งคืนค่านาฬิกาแขวนหรือค่ากระบวนการหรือเธรดขึ้นอยู่กับClockพารามิเตอร์ที่ส่งผ่านไป getrusageและclockคืนค่ากระบวนการ

จากนั้นคำถามที่สองเกี่ยวกับการใช้งานฟังก์ชั่นเหล่านี้และเป็นผลให้ความถูกต้องของพวกเขา ฟังก์ชันเหล่านี้ใช้กลไกฮาร์ดแวร์หรือซอฟต์แวร์ใด

ดูเหมือนว่าgetrusageจะใช้เฉพาะเคอร์เนลเห็บ (โดยทั่วไปจะมีความยาว 1 มิลลิวินาที) และด้วยเหตุนี้จึงไม่แม่นยำกว่า ms ถูกต้องหรือไม่ จากนั้นgetimeofdayฟังก์ชั่นการใช้งานดูเหมือนว่าจะถูกต้องมากที่สุดฮาร์ดแวร์พื้นฐานที่มีอยู่ ผลที่ตามมาคือความถูกต้องแม่นยำคือไมโครวินาที (ไม่สามารถมากไปกว่าเพราะ API) บนฮาร์ดแวร์ล่าสุด สิ่งที่เกี่ยวกับclockหน้าพูดคนเกี่ยวกับ "ประมาณ" มันหมายความว่าอะไร? สิ่งที่เกี่ยวกับclock_gettimeAPI อยู่ในระดับนาโนวินาทีหมายความว่าสามารถแม่นยำได้หรือไม่ถ้าฮาร์ดแวร์พื้นฐานอนุญาต? แล้วเรื่อง monotonicity ล่ะ?

มีฟังก์ชั่นอื่น ๆ อีกหรือไม่?

ปัญหาคือมีฟังก์ชั่นเวลาที่แตกต่างกันหลายอย่างใน C และ C ++ และบางฟังก์ชันแตกต่างกันไปในระหว่างการใช้งาน นอกจากนี้ยังมีคำตอบครึ่งคำถามมากมายที่ลอยอยู่รอบ ๆ รวบรวมรายการฟังก์ชั่นนาฬิกาพร้อมกับคุณสมบัติของพวกเขาจะตอบคำถามได้อย่างถูกต้อง สำหรับการเริ่มต้นลองถามคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องที่เรากำลังมองหา ดูที่โพสต์ของคุณฉันแนะนำ:

• นาฬิกาวัดเวลากี่โมง? (ของจริง, ผู้ใช้, ระบบ, หรือหวังว่าจะไม่เป็นนาฬิกาแขวนเหรอ?)
• ความแม่นยำของนาฬิกาคืออะไร? (s, ms, µs หรือเร็วกว่า?)
• หลังจากเวลาเท่าไหร่นาฬิกาห่อรอบ? หรือมีกลไกที่จะหลีกเลี่ยงสิ่งนี้หรือไม่?
• เป็นสัญญาณนาฬิกาเดียวหรือเปลี่ยนแปลงกับการเปลี่ยนแปลงเวลาของระบบ (ผ่าน NTP, โซนเวลา, เวลาออมแสงตามฤดูกาลโดยผู้ใช้ ฯลฯ ) หรือไม่
• ข้างต้นแตกต่างกันอย่างไรระหว่างการใช้งาน?
• ฟังก์ชั่นเฉพาะล้าสมัยไม่ได้มาตรฐานหรือไม่?

ก่อนที่จะเริ่มรายการฉันต้องการชี้ให้เห็นว่าเวลานาฬิกาแขวนไม่ค่อยเหมาะกับการใช้งานในขณะที่มันเปลี่ยนไปตามการเปลี่ยนแปลงเขตเวลาการปรับเวลาออมแสงหรือ NTP ของนาฬิกาแขวนจะถูกซิงโครไนซ์ สิ่งเหล่านี้ไม่ดีเลยถ้าคุณใช้เวลาเพื่อกำหนดเวลาเหตุการณ์หรือเพื่อการวัดประสิทธิภาพ เป็นสิ่งที่ดีจริงๆสำหรับสิ่งที่ชื่อพูดนาฬิกาบนผนัง (หรือเดสก์ท็อป)

นี่คือสิ่งที่ฉันพบสำหรับนาฬิกาใน Linux และ OS X:

• time() ส่งคืนเวลานาฬิกาแขวนจากระบบปฏิบัติการด้วยความแม่นยำในไม่กี่วินาที
• clock()ดูเหมือนว่าจะส่งคืนผลรวมของผู้ใช้และเวลาของระบบ มันมีอยู่ใน C89 และต่อมา ในครั้งนี้ควรจะเป็นเวลา CPU ในรอบ แต่มาตรฐานที่ทันสมัยเช่น POSIXต้องการ CLOCKS_PER_SEC เป็น 1000000 ให้ความแม่นยำสูงสุดที่เป็นไปได้ 1 µs ความแม่นยำในระบบของฉันคือ 1 .s นาฬิกานี้ล้อมรอบเมื่อมันเต็ม (โดยปกติจะเกิดหลังจาก ~ 2 ^ 32 เห็บซึ่งไม่นานมากสำหรับนาฬิกา 1 MHz) man clockกล่าวว่าตั้งแต่ glibc 2.18 มันถูกนำมาใช้กับclock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...)ใน Linux
• clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...)ให้ความละเอียดระดับนาโนวินาทีเป็นแบบโมโนโพนิค ฉันเชื่อว่า 'วินาที' และ 'nanoseconds' จะถูกจัดเก็บแยกกันแต่ละตัวมี 32 บิต ดังนั้นการพันรอบจะเกิดขึ้นหลังจากเวลาผ่านไปหลายสิบปี ดูเหมือนว่าจะเป็นนาฬิกาที่ดีมาก แต่น่าเสียดายที่ยังไม่มีใน OS X POSIX 7 อธิบายCLOCK_MONOTONICว่าเป็นส่วนขยายเพิ่มเติม
• getrusage()กลายเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับสถานการณ์ของฉัน รายงานผู้ใช้และเวลาของระบบแยกจากกันและไม่ล้อมรอบ ความแม่นยำในระบบของฉันคือ 1 buts แต่ฉันยังทดสอบบนระบบ Linux (Red Hat 4.1.2-48 กับ GCC 4.1.2) และมีความแม่นยำเพียง 1 ms
• gettimeofday()ส่งคืนนาฬิกาแขวนด้วยความแม่นยำ (ในนาม) ในระบบของฉันนาฬิกานี้ดูเหมือนจะมีความแม่นยำไมโครวินาที แต่ไม่รับประกันเพราะ"ความละเอียดของนาฬิการะบบคือขึ้นอยู่กับฮาร์ดแวร์" POSIX.1-2008 กล่าวว่า "แอปพลิเคชันควรใช้clock_gettime()ฟังก์ชั่นแทนฟังก์ชั่นล้าสมัยgettimeofday()" ดังนั้นคุณควรอยู่ห่างจากมัน ลินุกซ์ x86 และการดำเนินการมันเป็นสายระบบ
• mach_absolute_time()เป็นตัวเลือกสำหรับการกำหนดเวลาความละเอียดสูง (ns) บน OS X สำหรับระบบของฉันสิ่งนี้จะให้ความละเอียด ns ตามหลักการแล้วนาฬิกาเรือนนี้ล้อมรอบอย่างไรก็ตามมันกำลังเก็บ ns โดยใช้จำนวนเต็ม 64 บิตที่ไม่ได้ลงชื่อดังนั้นการล้อมรอบไม่น่าจะเป็นปัญหาในทางปฏิบัติ การพกพาเป็นที่น่าสงสัย
• ฉันเขียนฟังก์ชันไฮบริดตามตัวอย่างนี้ที่ใช้ clock_gettime เมื่อรวบรวมบน Linux หรือ Mach timer เมื่อรวบรวมบน OS X เพื่อให้แม่นยำ ns ทั้ง Linux และ OS X

ทั้งหมดข้างต้นมีอยู่ในทั้ง Linux และ OS X ยกเว้นที่ระบุไว้เป็นอย่างอื่น "ระบบของฉัน" ด้านบนเป็น Apple ที่ใช้ OS X 10.8.3 พร้อม GCC 4.7.2 จาก MacPorts

สุดท้ายนี่คือรายการของข้อมูลอ้างอิงที่ฉันพบว่ามีประโยชน์นอกเหนือจากลิงก์ด้านบน:

• http://blog.habets.pp.se/2010/09/gettimeofday-should-never-be-used-to-measure-time
• วิธีการวัดเวลาดำเนินการจริงของโปรแกรม C ภายใต้ Linux?
• http://digitalsandwich.com/archives/27-benchmarking-misconceptions-microtime-vs-getrusage.html
• http://www.unix.com/hp-ux/38937-getrusage.html

อัปเดต : สำหรับ OS X clock_gettimeมีการใช้งานตั้งแต่ 10.12 (เซีย) นอกจากนี้แพลตฟอร์มทั้ง POSIX และ BSD (เช่น OS X) จะแชร์rusage.ru_utimeฟิลด์ struct

C11 timespec_get

ตัวอย่างการใช้งานที่: https://stackoverflow.com/a/36095407/895245

ความแม่นยำที่เป็นไปได้สูงสุดที่ส่งคืนคือนาโนวินาที แต่ความแม่นยำที่แท้จริงถูกกำหนดไว้ในการติดตั้งและอาจมีขนาดเล็กลง

มันคืนค่าเวลากำแพงไม่ใช่การใช้ CPU

glibc 2.21 ใช้มันภายใต้sysdeps/posix/timespec_get.cและส่งต่อโดยตรงไปที่:

clock_gettime (CLOCK_REALTIME, ts) < 0)

clock_gettimeและCLOCK_REALTIMEเป็น POSIX http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/clock_getres.htmlและman clock_gettimeบอกว่ามาตรการนี้อาจไม่ต่อเนื่องหากคุณเปลี่ยนการตั้งค่าเวลาของระบบในขณะที่โปรแกรมของคุณทำงาน

C ++ 11 chrono

เนื่องจากเราอยู่ที่นี่เรามาครอบคลุมกันด้วย: http://en.cppreference.com/w/cpp/chrono

GCC 5.3.0 (C ++ stdlib อยู่ในแหล่ง GCC):

• high_resolution_clock เป็นชื่อแทน system_clock
• system_clock ส่งต่อไปยังรายการแรกของรายการต่อไปนี้ที่มีอยู่:
  • clock_gettime(CLOCK_REALTIME, ...)
  • gettimeofday
  • time
• steady_clock ส่งต่อไปยังรายการแรกของรายการต่อไปนี้ที่มีอยู่:
  • clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...)
  • system_clock

ถามเมื่อ: ความแตกต่างระหว่าง std :: system_clock และ std :: steady_clock?

CLOCK_REALTIMEvs CLOCK_MONOTONIC: ความแตกต่างระหว่าง CLOCK_REALTIME และ CLOCK_MONOTONIC หรือไม่