163

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。Clockgetrusageclock

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？

4

2 回答 2

211

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？（秒、毫秒、微秒还是更快？）
  • 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，而它会随着时区变化、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）微秒精度返回挂钟时间。在我的系统上，这个时钟似乎具有 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。

最后，除了上面的链接之外，这里是我发现有用的参考列表：

更新：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_utimestruct 字段。

于 2012-09-18T15:45:58.677 回答
19

C11timespec_get

用法示例：https ://stackoverflow.com/a/36095407/895245

返回的最大可能精度为纳秒，但实际精度是实现定义的，可能更小。

它返回挂墙时间，而不是 CPU 使用率。

glibc 2.21 在下面实现它sysdeps/posix/timespec_get.c并直接转发到：

clock_gettime (CLOCK_REALTIME, ts) < 0)

clock_gettime并且CLOCK_REALTIME是 POSIX http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/clock_getres.html，并man clock_gettime表示如果您在程序运行时更改某些系统时间设置，此度量可能会出现不连续性。

C++11 计时码表

既然我们在这里，让我们也介绍一下：http ://en.cppreference.com/w/cpp/chrono

GCC 5.3.0（C++ 标准库在 GCC 源代码中）：

  • high_resolution_clock是一个别名system_clock
  • system_clock转发到以下可用的第一个：
    • clock_gettime(CLOCK_REALTIME, ...)
    • gettimeofday
    • time
  • steady_clock转发到以下可用的第一个：
    • clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...)
    • system_clock

提问：std::system_clock 和 std::steady_clock 的区别？

CLOCK_REALTIMEvs CLOCK_MONOTONIC: CLOCK_REALTIME 和 CLOCK_MONOTONIC 的区别？

于 2016-04-18T17:14:12.753 回答