在Linux中測量時間 - 時間vs時鐘vs getrusage vs clock_gettime vs gettimeofday vs timespec_get？

Question

其中計時功能，time，clockgetrusage，clock_gettime，gettimeofday和timespec_get，我想清楚地瞭解它們是如何實現的，爲了知道在什麼情況下我必須使用他們什麼是他們的返回值。

首先，我們需要進行分類的功能恢復掛鐘值比較返回處理功能或線程值。 gettimeofday返回掛鐘值，clock_gettime返回掛鐘值或進程或線程值，具體取決於傳遞給它的參數Clock。 getrusage和clock返回過程值。

然後第二個問題關於這些功能的實現，因此，它們的準確性。這些功能使用哪種硬件或軟件機制。

看來getrusage只使用內核tick（通常爲1ms長），因此不能比ms更準確。這樣對嗎？ 然後getimeofday函數似乎使用了最準確的底層硬件。因此，它的準確性通常是在最近的硬件上的微秒（不能因爲API）。 關於clock，手冊頁講的是「逼近」，這是什麼意思？ clock_gettime怎麼樣，API是納秒，這是否意味着它可以如此精確，如果底層硬件允許它？單調性怎麼樣？

還有其他的功能嗎？

Answer 1

問題是在C和C++中有幾種不同的時間函數可用，其中一些在實現之間的行爲上有所不同。還有很多半答案浮動。編譯時鐘函數列表及其屬性將正確回答問題。對於開始，讓我們問一下我們正在尋找的相關屬性。看看你的帖子，我建議：

• 什麼時候測量的時鐘？ （真實的，用戶的，系統的，還是希望不是掛鐘？）
• 時鐘的精度是多少？ （s，ms，μs還是更快？）
• 時鐘迴繞了多少時間？還是有一些機制可以避免這種情況？
• 時鐘是單調的，還是會隨着系統時間的變化而改變（通過NTP，時區，夏令時，用戶等）？
• 上述內容在不同實現之間如何變化？
• 特定功能是否過時，非標準等？

在開始列表之前，我想指出掛鐘時間很少是正確的使用時間，而它隨時區更改，夏時制時間更改或壁掛時鐘更改由NTP同步。如果您使用時間安排活動或基準測試，這些都不是很好。這只是真正的好名字，牆上的時鐘（或桌面）。

這裏是我到目前爲止已發現在Linux和OS X時鐘：

• time()從OS返回掛鐘時間，精確的秒。
• clock()似乎返回用戶和系統時間的總和。它出現在C89及更高版本中。有一次，這應該是CPU週期的時間，但現代標準like POSIX要求CLOCKS_PER_SEC爲1000000，最大可能的精度爲1微秒。我的系統精度確實是1μs。這個時鐘一旦回到頂部就會迴繞（這通常發生在〜2^32個滴答聲之後，對於1MHz時鐘來說這不是很長）。 man clock表示，自glibc 2.18以來，它在Linux中與clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...)一起實現。
• clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...)提供納秒分辨率，是單調的。我相信'秒'和'納秒'分別存儲在32位計數器中。因此，在正常運行數十年之後，任何繞回都會發生。這看起來像一個非常好的時鐘，但不幸的是它還不能在OS X上使用。POSIX 7 describes CLOCK_MONOTONIC as an optional extension。
• getrusage()原來是我的情況的最佳選擇。它分別報告用戶和系統時間，不會環繞。我的系統精度爲1微秒，但我也在Linux系統上進行了測試（Red Hat 4.1.2-48和GCC 4.1.2），精度僅爲1毫秒。
• gettimeofday()返回（標稱）μs精度的掛鐘時間。在我的系統上，這個時鐘似乎具有μs精度，但這並不能保證，因爲"the resolution of the system clock is hardware dependent"。 POSIX.1-2008 says that。 「應用程序應該使用clock_gettime()函數而不是過時的gettimeofday()函數」，因此您應該遠離它。 Linux x86並實現它as a system call。
• mach_absolute_time()是OS X上的高分辨率（ns）定時選項。在我的系統上，這確實可以提供ns分辨率。原則上這個時鐘環繞，但是它使用一個64位的無符號整數來存儲ns，所以實際上這個環繞不應該是一個問題。可移植性值得懷疑。
• I wrote a hybrid function基於this snippet使用clock_gettime在Linux上進行編譯時，編譯或OS X上的時候，爲了獲得在Linux納秒的精度和OS X.馬赫計時器

在上述所有的存在Linux和OS X都另有規定。上面的「我的系統」是一個運行OS X 10.8.3的Apple，MacPorts使用GCC 4.7.2。

最後，這裏是我除了發現有助於上面的鏈接引用的列表：

• 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

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更新：對於OS X，clock_gettime自10.12（Sierra）起實施。另外，基於POSIX和BSD的平臺（如OS X）共享rusage.ru_utime結構體字段。在

Answer 2

C11 timespec_get

用例：https://stackoverflow.com/a/36095407/895245

最大可能的精確度返回是納秒，但實際精度爲實現定義並且可能是較小的。

它返回掛牆時間，而不是CPU使用率。

的glibc 2.21 sysdeps/posix/timespec_get.c下實現它，它直接轉發至：

clock_gettime (CLOCK_REALTIME, ts) < 0) 

clock_gettime和CLOCK_REALTIME是POSIX http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/clock_getres.html，並且man clock_gettime說，這一措施可能具有不連續性，如果你改變一些系統時間，而你的程序運行設置。

C++ 11時辰

因爲我們在這，我們要介紹他們還有：http://en.cppreference.com/w/cpp/chrono

GCC 5.3.0（C++ stdlib的是GCC源裏面）：

• high_resolution_clock是system_clock的別名
• system_clock轉發給以下第一個可用：
  • clock_gettime(CLOCK_REALTIME, ...)
  • gettimeofday
  • time
• steady_clock轉發到第一可用以下的：
  • clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...)
  • system_clock

在問：Difference between std::system_clock and std::steady_clock?

CLOCK_REALTIME VS CLOCK_MONOTONIC：Difference between CLOCK_REALTIME and CLOCK_MONOTONIC?