¿Se garantiza gettimeofday() una resolución de microsegundos?

Question

Así que me encuentro portando un juego, que fue escrito originalmente para la API de Win32, a Linux (bueno, portando el puerto OS X del puerto Win32 a Linux). He implementado QueryPerformanceCounter dando a los uSeconds ya que el proceso de puesta en marcha:

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; 
} 

Esto, junto con QueryPerformanceFrequency() dando una constante 1000000 como la frecuencia, funciona bien en mi máquina, dándome una variable de 64 bits que contiene uSeconds desde el inicio del programa. ¿Entonces es portátil? No quiero descubrir que funciona de manera diferente si el kernel se compiló de cierta manera o algo así. Sin embargo, estoy de acuerdo con que no sea portátil para algo que no sea Linux.

Answer 1

Quizás. Pero tienes problemas más grandes. gettimeofday() puede dar como resultado tiempos incorrectos si hay procesos en su sistema que cambian el temporizador (es decir, ntpd). En un Linux "normal", creo que la resolución de gettimeofday() es 10us. Puede saltar hacia adelante y hacia atrás y el tiempo, en consecuencia, en función de los procesos que se ejecutan en su sistema. Esto efectivamente hace que la respuesta a su pregunta no.

Debe consultar clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) para conocer los intervalos de tiempo. Sufre de varios problemas menores debido a cosas como sistemas multi-core y configuraciones de reloj externo.

Además, consulte la función clock_getres().

Answer 2

Según mi experiencia, y por lo que he leído en Internet, la respuesta es "No", no está garantizado. Depende de la velocidad de la CPU, sistema operativo, sabor de Linux, etc.

Answer 3

La resolución real de gettimeofday() depende de la arquitectura del hardware. Los procesadores Intel y las máquinas SPARC ofrecen temporizadores de alta resolución que miden microsegundos. Otras arquitecturas de hardware recurren al temporizador del sistema, que generalmente se establece en 100 Hz. En tales casos, la resolución de tiempo será menos precisa.

obtuve esta respuesta de High Resolution Time Measurement and Timers, Part I

Answer 4

alta resolución, Timing bajo costo operativo para procesadores Intel

Si estás en hardware de Intel, aquí está cómo leer el contador de instrucciones en tiempo real de la CPU . Le indicará la cantidad de ciclos de CPU ejecutados desde que se inició el procesador. Este es probablemente el contador de grano más fino que puede obtener para medir el rendimiento.

Tenga en cuenta que este es el número de ciclos de la CPU. En Linux, puede obtener la velocidad de CPU de/proc/cpuinfo y dividir para obtener el número de segundos. Convertir esto a un doble es bastante útil.

Cuando ejecuto esto en mi caja, me sale

11867927879484732 
11867927879692217 
it took this long to call printf: 207485 

Aquí está la Intel developer's guide que da un montón de detalles.

#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 5

Por lo que dice explícitamente microsegundos, pero dice que la resolución del reloj del sistema es indeterminado.Supongo que la resolución en este contexto significa cómo se incrementará la cantidad más pequeña alguna vez?

La estructura de datos se define como tener microsegundos como unidad de medida, pero eso no significa que el reloj o el sistema operativo sean realmente capaces de medirlo con precisión.

Al igual que otras personas han sugerido, gettimeofday() es malo porque establecer el tiempo puede provocar un sesgo en el reloj y deshacerse de su cálculo. clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) es lo que quiere, y clock_getres() le dirá la precisión de su reloj.

Answer 6

@Bernard:

Tengo que admitir, la mayor parte de su ejemplo fueron directamente sobre mi cabeza. Sin embargo, compila y parece funcionar. ¿Es esto seguro para sistemas SMP o SpeedStep?

Esa es una buena pregunta ... Creo que el código está bien. Desde un punto de vista práctico, lo usamos en mi empresa todos los días, y corremos en una amplia gama de cajas, todo desde 2 hasta 8 núcleos. Por supuesto, YMMV, etc., pero parece ser un método confiable de bajo costo (porque no hace un cambio de contexto en el espacio del sistema) método de sincronización.

general cómo funciona es:

• declaran el bloque de código ensamblador para ser (y volátil, por lo que el optimizador dejarlo solo).
• ejecutar la instrucción CPUID. Además de obtener información sobre la CPU (con la que no hacemos nada) sincroniza la memoria intermedia de ejecución de la CPU para que las temporizaciones no se vean afectadas por la ejecución fuera de servicio.
• ejecutar la ejecución de rdtsc (lectura de marca de tiempo). Esto recupera el número de ciclos de máquina ejecutados desde que se reinició el procesador. Este es un valor de 64 bits, por lo que con las velocidades actuales de la CPU se ajustará cada 194 años más o menos. Curiosamente, en la referencia original de Pentium, observan que se ajusta a cada 5800 años más o menos.
• las últimas dos líneas almacenan los valores de los registros en las variables hi y lo, y lo ponen en el valor de retorno de 64 bits.

notas específicas:

• fuera de orden de ejecución puede causar resultados incorrectos, por lo que ejecutar la instrucción "cpuid" que además de darle un poco de información acerca de la CPU también se sincroniza cualquier ejecución de instrucción fuera de orden.

• La mayoría de los sistemas operativos sincronizan los contadores en las CPU cuando se inician, por lo que la respuesta es buena en un par de nano segundos.

• El comentario de hibernación probablemente sea cierto, pero en la práctica probablemente no se preocupe por los tiempos en los límites de hibernación.

• para speedstep: CPUs Intel más recientes compensan la velocidad cambia y devuelve un recuento ajustado. Hice un escaneo rápido sobre algunos de los cuadros en nuestra red y encontré que solo una casilla que no tenía: un Pentium 3 que ejecutaba un viejo servidor de base de datos. (estos son cajas de Linux, por lo que he comprobado con: grep constant_tsc/proc/cpuinfo)

• No estoy seguro acerca de la CPU de AMD, estamos ante todo una tienda de Intel, aunque sé que algunos de nuestros baja Los gurús de sistemas de nivel hicieron una evaluación AMD .

Hope esto satisface su curiosidad, que es un área interesante y (en mi humilde opinión) atención en los estudios de la programación. ¿Sabes cuándo Jeff y Joel estaban hablando sobre si un programador debería saber o no C? Estaba gritándoles, "¡olvidémonos de las cosas C de alto nivel ... el ensamblador es lo que debería aprender si quiere saber qué está haciendo la computadora !"

Answer 7

Wine está utilizando gettimeofday() para implementar QueryPerformanceCounter() y se sabe que muchos juegos de Windows funcionan en Linux y Mac.

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

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

Answer 8

Lectura de la RDTSC no es fiable en sistemas SMP, ya que cada CPU mantiene su propio contador y cada contador no se garantiza que por sincronizada con respecto a otra CPU.

Podría sugerir intentar clock_gettime(CLOCK_REALTIME). El manual de posix indica que esto debe implementarse en todos los sistemas compatibles. Puede proporcionar un recuento de nanosegundos, pero es probable que desee comprobar clock_getres(CLOCK_REALTIME) en su sistema para ver cuál es la resolución real.

Answer 9

Usted puede estar interesado en Linux FAQ for clock_gettime(CLOCK_REALTIME)

Answer 10

This answer menciones problemas con el reloj está ajustando. Tanto sus problemas que garantizan unidades de ticks como los problemas con el tiempo ajustado se resuelven en C++ 11 con la biblioteca <chrono>.

Se garantiza que el reloj std::chrono::steady_clock no se ajustará, y además avanzará a una tasa constante en relación con el tiempo real, por lo que tecnologías como SpeedStep no deben afectarlo.

Puede obtener unidades de tipo seguro mediante la conversión a una de las especializaciones std::chrono::duration, como std::chrono::microseconds. Con este tipo no hay ambigüedad sobre las unidades utilizadas por el valor de tilde. Sin embargo, tenga en cuenta que el reloj no necesariamente tiene esta resolución. Puede convertir una duración en attosegundos sin tener realmente un reloj tan preciso.