c - 在 Linux 中测量时间 - 时间 vs 时钟 vs getrusage vs clock_gettime vs gettimeofday vs timespec_get？

Question

在计时功能中，time , clock getrusage , clock_gettime , gettimeofday和 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，以便知道我必须在哪种情况下使用它们。

首先我们需要对返回 的函数进行分类挂钟值 与返回 的函数进行比较进程或线程值 . gettimeofday返回挂钟值，clock_gettime返回挂钟值 或 进程或线程值取决于 Clock传递给它的参数。 getrusage和 clock返回过程值。

然后第二个问题是关于这些功能的实现，因此，它们的准确性。这些功能使用哪种硬件或软件机制。

看来getrusage仅使用内核滴答(通常为 1 毫秒长)，因此不会比 ms 更准确。对吗？
然后是getimeofday函数似乎使用了可用的最准确的底层硬件。因此，在最近的硬件上，它的精度通常是微秒(由于 API 的缘故，不能更多)。
怎么样clock ，手册页谈到“近似”，它是什么意思？
怎么样clock_gettime ，API 以纳秒为单位，是否意味着如果底层硬件允许它能够如此准确？单调性怎么样？

还有其他功能吗？

Answer 1

问题是在 C 和 C++ 中有几种不同的时间函数可用，其中一些在实现之间的行为有所不同。也有很多半信半疑的答案。编译时钟函数列表及其属性将正确回答问题。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，我建议:

时钟测量的是什么时间？ (真实、用户、系统，还是希望不是挂钟？)

时钟的精度是多少？ (秒、毫秒、微秒或更快？)

时钟回绕多少时间？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(通过 NTP、时区、夏令时、用户等)而变化？

上述内容在不同实现之间有何不同？

具体功能是否过时、非标准等？

在开始列表之前，我想指出挂钟时间很少是正确的使用时间，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，那么这些事情都没有好处。它只对名字所说的有用，墙上(或桌面)上的时钟。

以下是我目前在 Linux 和 OS X 中找到的时钟:

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 周期时间，但现代标准 like POSIX要求 CLOCKS_PER_SEC 为 1000000，最大可能精度为 1 µs。我的系统的精度确实是 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，它是用 clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...) 实现的在 Linux 中。

clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...) 提供纳秒分辨率，是单调的。我相信“秒”和“纳秒”是分开存储的，每个都在 32 位计数器中。因此，在几十年的正常运行后，任何回绕都会发生。这看起来是一个非常好的时钟，但不幸的是，它在 OS X 上尚不可用。POSIX 7 describes CLOCK_MONOTONIC as an optional extension .

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。我的系统上的精度是 1 µs，但我也在 Linux 系统(Red Hat 4.1.2-48 with GCC 4.1.2)上测试了它，精度只有 1 ms。

gettimeofday() 以(名义上)μs 精度返回挂钟时间。在我的系统上，这个时钟似乎有 µs 精度，但这不能保证，因为 "the resolution of the system clock is hardware dependent" . POSIX.1-2008 says that . “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 并实现它 as a system call .

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是一个问题。便携性值得怀疑。

I wrote a hybrid function基于 this snippet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 和来自 MacPorts 的 GCC 4.7.2 的 Apple。

最后，除了上面的链接之外，这里还有一个我认为有用的引用列表:

http://blog.habets.pp.se/2010/09/gettimeofday-should-never-be-used-to-measure-time

How to measure the ACTUAL execution time of a C program under Linux?

http://digitalsandwich.com/archives/27-benchmarking-misconceptions-microtime-vs-getrusage.html

http://www.unix.com/hp-ux/38937-getrusage.html

更新 : 对于 OS X， clock_gettime已于 10.12 (Sierra) 实现。此外，基于 POSIX 和 BSD 的平台(如 OS X)共享 rusage.ru_utime结构域。