gettimeofday 函数的精度是多少？答案

【问题标题】：What is the precision of the gettimeofday function?gettimeofday 函数的精度是多少？
【发布时间】：2021-09-08 08:40:52
【问题描述】：

我正在阅读 OSTEP 的 single.dvi 章节。在作业部分，它说：

您必须考虑的一件事是计时器的精度和准确性。您可以使用的典型计时器是gettimeofday(); 阅读手册页了解详细信息。你会看到gettimeofday() 返回自 1970 年以来的时间（以微秒为单位）；然而，这并不意味着计时器精确到微秒。测量背靠背呼叫到gettimeofday() 了解计时器的精确度盟友是；这将告诉您空系统调用的迭代次数测试您必须运行才能获得良好的测量结果。如果 gettimeofday() 对你来说不够精确，你可以看看使用 x86 机器上可用的 rdtsc 指令

我写了一些代码来测试调用gettimeofday()函数的成本如下：

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>

#define MAX_TIMES 100000

void m_gettimeofday() {
    struct timeval current_time[MAX_TIMES];
    int i;
    for (i = 0; i < MAX_TIMES; ++i) {
        gettimeofday(&current_time[i], NULL);
    }
    printf("seconds: %ld\nmicro_seconds: %ld\n", current_time[0].tv_sec, current_time[0].tv_usec);
    printf("seconds: %ld\nmicro_seconds: %ld\n", current_time[MAX_TIMES - 1].tv_sec, current_time[MAX_TIMES - 1].tv_usec);
    printf("the average time of a gettimeofday function call is: %ld us\n", (current_time[MAX_TIMES - 1].tv_usec - current_time[0].tv_usec) / MAX_TIMES);
}

int main(int argc, char *argv[]) {
    m_gettimeofday();
    return 0;
}

但是，输出将始终为 0 微秒。 gettimeofday() 函数的精度似乎正好是一微秒。我的测试代码有什么问题？还是我误解了作者的意思？感谢您的帮助！

【问题讨论】：

pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/… ==> "未指定系统时钟的分辨率。"和“应用程序应该使用 clock_gettime() 函数而不是过时的 gettimeofday() 函数。”
这是否意味着函数的准确性是不确定的？
您可以在CLOCK_REALTIME 时钟上使用clock_getres 函数来获得以纳秒为单位的分辨率。
一个不保证准确的函数仍然可能给出完全准确的结果。不能依靠它来做到这一点。
POSIX 未指定分辨率。并不意味着您的环境未指定它。在您的计算机中，对于您当前版本的操作系统/C 库，它是一个特定值；您需要检查您的文档。

标签： c gettimeofday

【解决方案1】：

连续调用gettimeofday 之间经过的平均微秒通常小于一 - 在我的机器上它介于 0.05 和 0.15 之间。

现代 CPU 通常以 GHz 速度运行 - 即每秒十亿条指令，因此两条连续的指令应该采用纳秒量级，而不是微秒量级（显然两次调用类似 @987654323 的函数@ 比两个简单的操作码更复杂，但它仍应在几十纳秒的数量级上，而不是更多）。

但是您正在执行ints 的除法——将(current_time[MAX_TIMES - 1].tv_usec - current_time[0].tv_usec) 除以MAX_TIMES——在C 中也将返回int，在本例中为0。

要获得真正的测量值，请除以(double)MAX_TIMES（并将结果打印为双精度数）：

printf("the average time of a gettimeofday function call is: %f us\n", (current_time[MAX_TIMES - 1].tv_usec - current_time[0].tv_usec) / (double)MAX_TIMES);

作为奖励 - 在 Linux 系统上，gettimeofday 如此之快的原因（您可能会认为它是一个更复杂的函数，调用内核并产生系统调用的开销）要归功于称为 @ 的特殊功能987654321@ 让内核无需通过内核就可以向用户空间提供信息。

【讨论】：

这是否意味着我的机器上的 getTimeofday 没有准确性问题？虽然我知道我应该使用 clock_gettime 来代替它。
是的，您只需要修正计算平均值的方式即可。

【解决方案2】：

gettimeofday(2) 代表 clock_gettime(2) 被宣布过时，其分辨率比旧版本更好（它使用纳秒分辨率）

精度是另一个问题（不同），它取决于硬件如何允许您获取时间戳以及操作系统如何实现它。

在基于 linux/intel 的系统中，通常有很好的硬件可用，并且由 linux 很好地实现，因此在处理时间戳时通常可以获得真正的纳秒精度。但不要试图在石英振荡器质量差且未经过 PPS sincronized 的机器中获得这种精度。您没有指定需要获取什么样的时间戳，但是如果您需要获取绝对时间戳，与官方时间进行比较，不要期望它们接近几百毫秒（基于 NTP 同步用普通石英振荡器的机器）

无论如何，要获得您安排的通话的平均时间，您有两个问题：

您需要调用 MAX_TIMES + 1 乘以 gettimeofday(2) 系统调用，因为您正在测量两个时间戳之间的时间（因此您计算调用系统调用之间的时间并且它能够获取时间戳，并且从时间戳到返回值的时间被传递给调用例程---但顺序相反）最好的方法是在开头使用时间戳t0，在@987654327中使用MAX_TIMES时间戳@ 在末尾。只有这样，您才能确定t0 到t1 之间的时间并将其划分为MAX_TIMES。为此，从t1.tv_usec 中减去t0.tv_usec，如果结果小于零，则将1000000 添加到其中，并增加t1.tv_sec - t0.tv_sec 的差值。 tv_sec 会有秒的差异，tv_usec 会有超过秒的微秒。
这假设系统调用开销不变，但事实并非如此。有时系统调用的时间比别人多，你感兴趣的值不是它们的平均值，而是它能达到的最小值。但是您可以遵循平均水平，因为您不会进入低于 usec 的分辨率。

无论如何，我建议您使用clock_gettime(2) 系统调用，因为它具有纳秒级分辨率。

【讨论】：