如何解决在 Linux 中测量时间 - 时间 vs 时钟 vs getrusage vs clock_gettime vs gettimeofday vstimespec_get?
问题是 C 和 C++ 中有几个不同的时间函数可用,其中一些函数在实现之间的行为不同。还有很多半答案。编译时钟函数列表及其属性将正确回答这个问题。首先,让我们问一下我们正在寻找的相关属性是什么。看了你的帖子,建议:
- 时钟测量的是什么时间?(真实的,用户,系统,或者,希望不是,挂钟?)
- 时钟的精度是多少?(s、ms、μs,还是更快?)
- 时钟经过多少时间?或者有什么机制可以避免这种情况?
- 时钟是单调的,还是会随着系统时间的变化而变化(通过 NTP、时区、夏令时、用户等)?
- 上述内容在实现之间有何不同?
- 具体功能是否过时、不规范等?
在开始列表之前,我想指出挂钟时间很少是正确使用的时间,但它会随着时区变化、夏令时变化或挂钟是否由 NTP 同步而变化。如果您使用时间来安排事件或对性能进行基准测试,那么这些都不是好事。它只顾名思义,墙上(或桌面)上的时钟。
以下是我目前在 Linux 和 OS X 中发现的时钟:
-
time()
从操作系统返回挂钟时间,精度以秒为单位。 -
clock()
似乎返回用户和系统时间的总和。它存在于 C89 及更高版本中。曾经这应该是 CPU 时间周期,但像 POSIX 这样的现代标准要求 CLOCKS_PER_SEC 为 1000000,最大可能精度为 1 μs。我的系统上的精度确实是 1 μs。这个时钟一旦达到顶峰就会回绕(这通常发生在 ~2^32 个滴答声之后,这对于 1 MHz 时钟来说不是很长)。man clock
说从 glibc 2.18 开始,它是clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...)
在 Linux 中实现的。 -
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...)
提供纳秒级分辨率,是单调的。我相信“秒”和“纳秒”是分开存储的,每个都存储在 32 位计数器中。因此,任何回绕都会在数十年的正常运行时间之后发生。这看起来是一个非常好的时钟,但不幸的是它在 OS X 上还不可用。POSIX 7描述CLOCK_MONOTONIC
为一个可选扩展。 -
getrusage()
原来是我的情况的最佳选择。它分别报告用户和系统时间并且不回绕。我的系统上的精度为 1 μs,但我也在 Linux 系统(带有 GCC 4.1.2 的 Red Hat 4.1.2-48)上对其进行了测试,精度仅为 1 ms。 -
gettimeofday()
以(名义上)μs 精度返回挂钟时间。在我的系统上,这个时钟似乎确实具有 μs 精度,但这不能保证,因为“系统时钟的分辨率取决于硬件”。POSIX.1-2008说。“应用程序应该使用clock_gettime()
函数而不是过时的gettimeofday()
函数”,所以你应该远离它。Linux x86 并将其实现为系统调用。 -
mach_absolute_time()
是 OS X 上非常高分辨率 (ns) 计时的一个选项。在我的系统上,这确实提供了 ns 分辨率。原则上,这个时钟环绕,但是它使用 64 位无符号整数存储 ns,因此环绕在实践中不应该成为问题。便携性值得怀疑。 - 我基于这个片段编写了一个混合函数,在 Linux 上编译时使用 clock_gettime,在 OS X 上编译时使用 Mach 计时器,以便在 Linux 和 OS X 上获得 ns 精度。
除非另有说明,否则上述所有内容都存在于 Linux 和 OS X 中。上面的“我的系统”是运行 OS X 10.8.3 和 MacPorts 的 GCC 4.7.2 的 Apple。
:对于 OS X,clock_gettime
已从 10.12 (Sierra) 开始实施。此外,基于 POSIX 和 BSD 的平台(如
OS X)共享rusage.ru_utime
struct 字段。
解决方法
在计时函数中,time
、clock
getrusage
、clock_gettime
和gettimeofday
,timespec_get
我想清楚地了解它们是如何实现的以及它们的返回值是什么,以便知道我必须在什么情况下使用它们。
首先,我们需要将返回 挂钟值 的函数与返回 进程或线程值
的函数进行比较。gettimeofday
返回挂钟值,根据传递给它的参数clock_gettime
返回挂钟值 或进程或线程值。
并返回过程值。Clock``getrusage``clock
然后第二个问题是关于这些功能的实现以及它们的准确性。这些功能使用哪种硬件或软件机制。
似乎getrusage
只使用内核刻度(通常为 1ms 长),因此不能比 ms
更准确。这样对吗?然后该getimeofday
功能似乎使用了最准确的底层硬件。因此,在最近的硬件上,它的精度通常是微秒(由于 API
的原因不能更高)。怎么样clock
,手册页谈到“近似”,这是什么意思?那么clock_gettime
,API
是纳秒级的,是否意味着如果底层硬件允许它能够如此精确呢?单调性呢?
还有其他功能吗?
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