Обязательно ли gettimeofday() имеет микросекундное разрешение?

Question

Я портирую игру, изначально написанную для Win32 API, на Linux (ну, портируя порт OS X порта Win32 на Linux).

Я реализовал QueryPerformanceCounter давая секунды, с момента запуска процесса:

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;
}

Это в сочетании с QueryPerformanceFrequency() давая постоянную 1000000 в качестве частоты, хорошо работает на моей машине, давая мне 64-битную переменную, которая содержит uSeconds с момента запуска программы.

Так это портативный? Я не хочу обнаружить, что это работает по-другому, если ядро ​​было скомпилировано определенным образом или что-то в этом роде. Тем не менее, я в порядке, поскольку он не переносим для чего-то другого, кроме Linux.

Answer 1

Может быть. Но у вас есть большие проблемы. gettimeofday() может привести к неправильной синхронизации, если в вашей системе есть процессы, которые изменяют таймер (например, ntpd). На "нормальном" linux, тем не менее, я считаю, что разрешение gettimeofday() это 10us. Следовательно, он может прыгать вперед и назад и время, в зависимости от процессов, запущенных в вашей системе. Это эффективно делает ответ на ваш вопрос нет.

Вы должны посмотреть в clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) для временных интервалов. Он страдает от нескольких меньших проблем из-за таких вещей, как многоядерные системы и внешние настройки часов.

Кроме того, посмотрите в clock_getres() функция.

Answer 2

Высокое разрешение и низкие затраты времени для процессоров Intel

Если вы используете аппаратное обеспечение Intel, вот как прочитать счетчик команд процессора в режиме реального времени. Он сообщит вам количество циклов ЦП, выполненных с момента загрузки процессора. Это, вероятно, самый точный счетчик, который вы можете получить для измерения производительности.

Обратите внимание, что это количество циклов ЦП. В Linux вы можете получить скорость процессора из / proc / cpuinfo и разделить, чтобы получить количество секунд. Преобразование этого в двойное довольно удобно.

Когда я запускаю это на своей коробке, я получаю

11867927879484732
11867927879692217
it took this long to call printf: 207485

Вот руководство Intel для разработчиков, которое дает массу деталей.

#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);
}

Answer 3

@Bernard:

Должен признаться, большая часть вашего примера прошла прямо над моей головой. Он компилируется и, похоже, работает. Это безопасно для систем SMP или SpeedStep?

Это хороший вопрос... Я думаю, что код в порядке. С практической точки зрения, мы используем его в своей компании каждый день, и мы работаем на довольно широком спектре коробок, все из 2-8 ядер. Конечно, YMMV и т. Д., Но, похоже, это надежный метод синхронизации с минимальными издержками (поскольку он не переключает контекст в системное пространство).

Вообще, как это работает:

• объявить блок кода ассемблером (и volatile, чтобы оптимизатор оставил его в покое).
• выполнить инструкцию CPUID. В дополнение к получению некоторой информации о ЦП (с которой мы ничего не делаем) он синхронизирует буфер выполнения ЦП, чтобы на время не влияло неупорядоченное выполнение.
• выполнить выполнение rdtsc (read timestamp). Это выбирает количество машинных циклов, выполненных с момента сброса процессора. Это 64-битное значение, поэтому при текущей скорости процессора оно будет изменяться каждые 194 года или около того. Интересно, что в оригинальном справочнике по Pentium они отмечают, что он появляется примерно каждые 5800 лет или около того.
• последняя пара строк хранит значения из регистров в переменных hi и lo и помещает их в 64-битное возвращаемое значение.

Конкретные примечания:

• неупорядоченное выполнение может привести к неверным результатам, поэтому мы выполняем инструкцию "cpuid", которая помимо предоставления вам некоторой информации о процессоре, также синхронизирует выполнение любых неупорядоченных команд.

• Большинство ОС синхронизируют счетчики на процессорах при запуске, поэтому ответ будет хорошим с точностью до пары нано-секунд.

• Комментарий к гибернации, вероятно, верен, но на практике вам, вероятно, не безразлично время выхода за границы гибернации.

• относительно скорости: новые процессоры Intel компенсируют изменения скорости и возвращают скорректированное количество. Я быстро просмотрел некоторые блоки в нашей сети и обнаружил только один ящик, в котором его не было: Pentium 3, на котором работал какой-то старый сервер базы данных. (это Linux-боксы, поэтому я проверил: grep constant_tsc / proc / cpuinfo)

• Я не уверен насчет процессоров AMD, мы, прежде всего, магазин Intel, хотя я знаю, что некоторые из наших низкоуровневых системных гуру проводили оценку AMD.

Надеюсь, что это удовлетворит ваше любопытство, это интересная и (ИМХО) мало изученная область программирования. Вы знаете, когда Джефф и Джоэл говорили о том, должен ли программист знать C? Я кричал на них: "Эй, забудь, что такое высокоуровневое С… ассемблер - это то, что ты должен изучить, если хочешь знать, что делает компьютер!"

Answer 4

Вы можете быть заинтересованы в Linux FAQ дляclock_gettime(CLOCK_REALTIME)

Answer 5

Wine фактически использует gettimeofday() для реализации QueryPerformanceCounter(), и, как известно, многие игры для Windows работают на Linux и Mac.

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

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

Answer 6

Таким образом, он явно говорит о микросекундах, но говорит о том, что разрешение системных часов не указано. Я полагаю, что разрешение в этом контексте означает, как наименьшее количество будет увеличено?

Структура данных определяется как имеющая микросекунды в качестве единицы измерения, но это не означает, что часы или операционная система действительно способны измерять это точно.

Как и другие люди предложили, gettimeofday() плохо, потому что установка времени может привести к перекосу часов и сбить ваши расчеты. clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) это то, что вы хотите, и clock_getres() скажу вам точность ваших часов.

Answer 7

Фактическое разрешение gettimeofday() зависит от архитектуры оборудования. Процессоры Intel, а также машины SPARC предлагают таймеры высокого разрешения, которые измеряют микросекунды. Другие аппаратные архитектуры используют системный таймер, который обычно устанавливается на 100 Гц. В таких случаях разрешение по времени будет менее точным.

Я получил этот ответ из "Измерения времени с высоким разрешением и таймеров", часть I

Answer 8

В этом ответе упоминаются проблемы с настройкой часов. Ваши проблемы с гарантированием единиц измерения и проблемы с корректируемым временем решаются в C++11 с помощью <chrono> библиотека.

Часы std::chrono::steady_clock гарантированно не будет настроен, и, кроме того, он будет продвигаться с постоянной скоростью относительно реального времени, поэтому такие технологии, как SpeedStep, не должны влиять на него.

Вы можете получить безопасные единицы, переведя в одну из std::chrono::duration специализации, такие как std::chrono::microseconds, С этим типом нет никакой двусмысленности относительно единиц, используемых значением тика. Однако имейте в виду, что часы не обязательно имеют это разрешение. Вы можете преобразовать длительность в аттосекунды, не имея точных часов.

Answer 9

Исходя из моего опыта и из того, что я прочитал через Интернет, ответ "Нет" не гарантируется. Это зависит от скорости процессора, операционной системы, разновидности Linux и т. Д.

Answer 10

Чтение RDTSC не является надежным в системах SMP, поскольку каждый ЦП поддерживает свой собственный счетчик, и каждый счетчик не гарантируется синхронизацией с другим ЦП.

Я мог бы предложить попробовать clock_gettime(CLOCK_REALTIME), В руководстве posix указано, что это должно быть реализовано на всех совместимых системах. Это может обеспечить подсчет наносекунд, но вы, вероятно, захотите проверить clock_getres(CLOCK_REALTIME) в вашей системе, чтобы увидеть, каково фактическое разрешение.