linux - gettimeofday() 是否保证为微秒级分辨率？

Question

我正在将最初为 Win32 API 编写的游戏移植到 Linux（嗯，将 Win32 端口的 OS X 端口移植到 Linux）。

QueryPerformanceCounter自进程启动以来，我通过提供 uSeconds 来实现：

BOOL QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER* performanceCount)
{
    gettimeofday(&currentTimeVal, NULL);
    performanceCount->QuadPart = (currentTimeVal.tv_sec - startTimeVal.tv_sec);
    performanceCount->QuadPart *= (1000 * 1000);
    performanceCount->QuadPart += (currentTimeVal.tv_usec - startTimeVal.tv_usec);

    return true;
}

再加上QueryPerformanceFrequency()给出一个常数 1000000 作为频率，在我的机器上运行良好，给了我一个 64 位变量，它包含uSeconds自程序启动以来的内容。

那么这款便携吗？如果内核以某种方式或类似方式编译，我不想发现它的工作方式不同。但是，我认为它不能移植到 Linux 以外的其他东西上。

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也许。但是你有更大的问题。gettimeofday()如果系统上存在更改计时器的进程（即 ntpd），可能会导致计时错误。不过，在“普通”Linux 上，我相信 10us 的分辨率gettimeofday()是 10us。因此，它可以根据系统上运行的进程向前和向后跳跃和时间。这有效地回答了您的问题。

您应该查看clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)时间间隔。由于多核系统和外部时钟设置等原因，它遇到的问题较少。

另外，查看clock_getres()功能。

score 43 · Accepted Answer

适用于英特尔处理器的高分辨率、低开销时序

如果您使用的是 Intel 硬件，以下是读取 CPU 实时指令计数器的方法。它会告诉您自处理器启动以来执行的 CPU 周期数。这可能是您可以获得的用于性能测量的最细粒度的计数器。

请注意，这是 CPU 周期数。在 linux 上，您可以从 /proc/cpuinfo 获取 CPU 速度，然后除以获取秒数。将其转换为双精度非常方便。

当我在我的盒子上运行它时，我得到

11867927879484732
11867927879692217
it took this long to call printf: 207485

这是提供大量详细信息的英特尔开发人员指南。

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

inline uint64_t rdtsc() {
    uint32_t lo, hi;
    __asm__ __volatile__ (
      "xorl %%eax, %%eax\n"
      "cpuid\n"
      "rdtsc\n"
      : "=a" (lo), "=d" (hi)
      :
      : "%ebx", "%ecx");
    return (uint64_t)hi << 32 | lo;
}

main()
{
    unsigned long long x;
    unsigned long long y;
    x = rdtsc();
    printf("%lld\n",x);
    y = rdtsc();
    printf("%lld\n",y);
    printf("it took this long to call printf: %lld\n",y-x);
}

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@伯纳德：

我不得不承认，你的大部分例子都是直接让我头疼的。不过，它确实可以编译，并且似乎可以工作。这对 SMP 系统或 SpeedStep 是否安全？

这是一个很好的问题......我认为代码没问题。从实际的角度来看，我们每天都在我的公司中使用它，并且我们在相当广泛的盒子上运行，从 2 到 8 个内核。当然，YMMV 等，但它似乎是一种可靠且开销低（因为它不会将上下文切换到系统空间）的计时方法。

一般来说，它的工作原理是：

将代码块声明为汇编程序（并且是易失的，因此优化器将不理会它）。
执行 CPUID 指令。除了获取一些 CPU 信息（我们不做任何事情）之外，它还会同步 CPU 的执行缓冲区，以便时序不受乱序执行的影响。
执行 rdtsc（读取时间戳）执行。这将获取自处理器重置以来执行的机器周期数。这是一个 64 位的值，因此以当前的 CPU 速度，它将每 194 年左右回绕一次。有趣的是，在最初的 Pentium 参考资料中，他们注意到它大约每 5800 年左右循环一次。
最后几行将寄存器中的值存储到变量 hi 和 lo 中，并将其放入 64 位返回值中。

具体说明：

乱序执行会导致不正确的结果，因此我们执行“cpuid”指令，它除了为您提供有关 cpu 的一些信息外，还同步任何乱序指令的执行。
大多数操作系统在启动时会同步 CPU 上的计数器，因此答案最好在几纳秒内。
休眠评论可能是正确的，但实际上您可能不关心跨越休眠边界的时间。
关于 speedstep：较新的 Intel CPU 会补偿速度变化并返回调整后的计数。我对我们网络上的一些盒子进行了快速扫描，发现只有一个盒子没有它：运行一些旧数据库服务器的 Pentium 3。（这些是 linux 盒子，所以我检查了：grep constant_tsc /proc/cpuinfo）
我不确定 AMD CPU，我们主要是一家英特尔商店，尽管我知道我们的一些低级系统专家进行了 AMD 评估。

希望这能满足您的好奇心，这是一个有趣且（恕我直言）未被充分研究的编程领域。你知道 Jeff 和 Joel 何时讨论程序员是否应该了解 C 语言吗？我对他们大喊：“嘿，忘记高级 C 的东西......如果你想知道计算机在做什么，你应该学习汇编程序！”

score 14 · Accepted Answer

14

你可能对Linux 常见问题感兴趣clock_gettime(CLOCK_REALTIME)

于 2008-08-18T15:51:01.877 回答

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Wine 实际上是使用 gettimeofday() 来实现 QueryPerformanceCounter() 并且众所周知，它可以让许多 Windows 游戏在 Linux 和 Mac 上运行。

启动http://source.winehq.org/source/dlls/kernel32/cpu.c#L312

导致http://source.winehq.org/source/dlls/ntdll/time.c#L448

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gettimeofday() 的实际分辨率取决于硬件架构。英特尔处理器和 SPARC 机器提供了以微秒为单位的高分辨率计时器。其他硬件架构回退到系统的计时器，通常设置为 100 Hz。在这种情况下，时间分辨率将不太准确。

我从高分辨率时间测量和计时器，第一部分获得了这个答案

score 9 · Accepted Answer

所以它明确表示微秒，但表示系统时钟的分辨率未指定。我想在这种情况下的分辨率意味着它会增加的最小量是多少？

数据结构被定义为以微秒为测量单位，但这并不意味着时钟或操作系统实际上能够精确测量。

就像其他人建议的那样，gettimeofday()这是不好的，因为设置时间会导致时钟偏差并影响您的计算。 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)是您想要的，并且clock_getres()会告诉您时钟的精度。

score 6 · Accepted Answer

这个答案提到了时钟调整的问题。保证刻度单位的问题和调整时间的问题都在 C++11 中与<chrono>库一起解决。

时钟std::chrono::steady_clock保证不会被调整，而且它会以相对于实时的恒定速率前进，所以像 SpeedStep 这样的技术一定不会影响它。

您可以通过转换为其中一种特化来获得类型安全单位std::chrono::duration，例如std::chrono::microseconds. 对于这种类型，刻度值使用的单位没有歧义。但是，请记住，时钟不一定具有此分辨率。您可以将持续时间转换为阿秒，而实际上没有准确的时钟。

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根据我的经验以及我在互联网上阅读的内容，答案是“不”，不能保证。这取决于 CPU 速度、操作系统、Linux 的风格等。

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在 SMP 系统中读取 RDTSC 是不可靠的，因为每个 CPU 都维护自己的计数器，并且每个计数器不能保证与另一个 CPU 同步。

我可能会建议尝试clock_gettime(CLOCK_REALTIME)。posix 手册表明这应该在所有兼容的系统上实现。它可以提供纳秒计数，但您可能需要检查clock_getres(CLOCK_REALTIME)系统以查看实际分辨率。

linux - gettimeofday() 是否保证为微秒级分辨率？

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