在 Ubuntu / VMware 上用 C 语言测量短时间间隔

Question

我正在尝试测量短时间间隔，以几毫秒为单位。这被证明是一项不平凡的任务，因为无处不在的 time() 函数以整秒精度工作。经过一番研究，我得出了以下代码示例中的四种方法：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    clock_t t0, t1;
    double dt0;

    struct timespec t2, t3;
    double dt1;

    struct timespec t4, t5;
    double dt2;

    struct timeval t6, t7;
    double dt3;

    volatile long long i;

    t2.tv_sec = 0;
    t2.tv_nsec = 0;
    clock_settime(CLOCK_MONOTONIC, &t2);
    clock_settime(CLOCK_REALTIME,  &t2);

    t0 = clock();
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME,  &t2);
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t4);
    gettimeofday(&t6, NULL);

    getchar();
    for (i=0; i<1e9; i++) {};

    gettimeofday(&t7, NULL);
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &t5);
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME,  &t3);
    t1 = clock();

    dt0 = (double) (t1 - t0) / CLOCKS_PER_SEC;
    dt1 = (double) (t3.tv_nsec - t2.tv_nsec) / 1e9;
    dt2 = (double) (t5.tv_nsec - t4.tv_nsec) / 1e9;
    dt3 = (double) (t7.tv_usec - t6.tv_usec) / 1e6;

    printf("1. clock():          [0]=%10.0f, [1]=%10.0f, [1-0]=%10.6f sec\n", (double) t0, (double) t1, dt0);
    printf("2. clock_gettime(R): [2]=%10ld, [3]=%10ld, [3-2]=%10f sec\n", (long) t2.tv_nsec, (long) t3.tv_nsec, dt1);
    printf("3. clock_gettime(M): [2]=%10ld, [3]=%10ld, [3-2]=%10f sec\n", (long) t4.tv_nsec, (long) t5.tv_nsec, dt2);
    printf("4. gettimeofday():   [4]=%10ld, [5]=%10ld, [5-4]=%10f sec\n", (long) t6.tv_usec, (long) t7.tv_usec, dt3);

    return 0;
}

然后，我编译并运行它：

gcc -lrt -o timer.e timer.c; time ./timer.e

我使用getchar() 调用引入了几秒钟的延迟，以查看real 和user 时间报告之间的差异，结果是：

1. clock():          [0]=         0, [1]=   3280000, [1-0]=  3.280000 sec
2. clock_gettime(R): [2]= 823922476, [3]= 478650549, [3-2]= -0.345272 sec
3. clock_gettime(M): [2]= 671137949, [3]= 325864897, [3-2]= -0.345273 sec
4. gettimeofday():   [4]=    823924, [5]=    478648, [5-4]= -0.345276 sec

real    0m6.659s
user    0m3.280s
sys     0m0.010s

如您所见，唯一有意义的结果是方法1与time命令报告的user时间之间的相关性。

这带来了几个问题： 1. 为什么结果 2-4 没有意义？ 2. 如何衡量运行程序所花费的实际时间，例如real 数字time 报告？

我的环境是基于 AMD 的 HP 笔记本电脑上的 Windows 7 上的 VMware 上的 Ubuntu 10.04 LTS 64 位。

Answer 1

clock_gettime() 让您走在正确的轨道上。

但是，您应该摆脱那些clock_settime() 调用：只需在代码块之前和之后调用clock_gettime()，然后看看区别。

另外，在计算差值时，您应该同时考虑tv_sec 和tv_nsec；您当前的代码只查看纳秒部分并忽略整秒。

在我的 Ubuntu 系统上，以下代码非常准确地测量了执行循环所需的时间：

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

int main(int argc, char *argv[])
{
    struct timespec t2, t3;
    double dt1;

    volatile long long i;

    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,  &t2);
    for (i=0; i<1e9; i++) {};
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,  &t3);
    //time in seconds
    dt1 = (t3.tv_sec - t2.tv_sec) + (double) (t3.tv_nsec - t2.tv_nsec) * 1e-9;
    printf("%f\n", dt1);

    return 0;
}

Answer 2

关于将时间测量到微秒甚至纳秒的一些提示http://en.wikipedia.org/wiki/Time_Stamp_Counter

Answer 3

您的clock_settime 调用与您认为的不同。如果您获得许可，他们只需将系统范围的时钟设置为0，这可能不是您想要的。几乎所有 POSIX 函数都有一个返回值，告诉您调用是否成功。通常忽略该值是一个坏主意。特别是对于您的情况，我认为它应该给出这个值，因为它可以在man 页面中找到：

EPERM clock_settime() 没有设置时钟的权限 表示。

幸运的是，您没有权限像这样简单地设置时钟:)