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

在时间函数中， time getrusage ， clock_gettime ， gettimeofday和timespec_get ，我想要清楚地知道它们是如何实现的以及它们的返回值是什么，以便知道在哪种情况下我必须使用它们。

首先，我们需要对返回挂钟值的函数进行分类，并与返回进程或线程值的函数进行比较。 gettimeofday返回挂钟值， clock_gettime根据传递给它的Clock参数返回挂钟值或进程或线程值。 getrusage和clock返回过程值。

那么第二个问题就是关于这些function的实现以及它们的准确性。 这些function使用哪种硬件或软件机制。

似乎getrusage只使用内核tick（通常为1ms长），因此不能比ms更准确。 这样对吗？ 那么getimeofday函数似乎使用了最精确的底层硬件。 因此，在最近的硬件上，其准确度通常是微秒（不能因为API而更多）。 关于clock ，手册页讲的是“逼近”，这是什么意思？ 那么clock_gettime ，这个API在纳秒级，这是否意味着如果底层硬件允许的话它可以非常精确？ 单调性呢？

还有其他的function吗？

Answer 1

问题是在C和C ++中有几个不同的时间函数，其中一些在实现之间有不同的行为。 还有很多的答案在四处stream动。 编译时钟函数列表及其属性将正确回答问题。 对于开始，我们来问一下我们正在寻找的相关属性。 看着你的post，我build议：

• 什么时间测量时钟？ （真实的，用户的，系统的，还是希望不是挂钟？）
• 时钟的精度是多less？ （s，ms，μs还是更快？）
• 时钟回绕了多less时间？ 还是有一些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而改变（通过NTP，时区，夏时制，用户等）？
• 以上各项如何变化？
• 具体的function是否过时，不标准等？

在开始列表之前，我想指出的是，挂钟时间几乎不是正确的使用时间，而是随着时区的变化，夏时制的变化或挂钟是否被NTP同步而改变。 如果您使用时间安排活动或基准testing，这些事情都不是很好。 这只是真正的名字所说，在墙上（或桌面）的时钟。

以下是我在Linux和OS X中发现的时钟：

• time()从OS返回挂钟时间，精确度以秒为单位。
• clock()似乎返回用户和系统时间的总和。 它出现在C89以后。 有一段时间应该是CPU周期的时间，但像POSIX这样的现代标准要求CLOCKS_PER_SEC为1000000，最大精度为1μs。 我的系统精度确实是1μs。 这个时钟一旦回到顶部（这通常发生在〜2 ^ 32个刻度之后，对于1MHz的时钟来说不是很长）。 man clock说，自glibc 2.18以来，它是在Linux中用clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...)的。
• clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...)提供纳秒分辨率，是单调的。 我相信“秒”和“纳秒”分别存储在32位计数器中。 因此，经过十几年的正常运行后，任何环绕都会发生。 这看起来像是一个非常好的时钟，但不幸的是它在OS X上还不可用CLOCK_MONOTONIC 7 将CLOCK_MONOTONIC描述为可选的扩展 。
• getrusage()原来是我的情况的最佳select。 它分别报告用户和系统时间，不会环绕。 我的系统精度为1微秒，但我也在Linux系统上testing过（Red Hat 4.1.2-48和GCC 4.1.2），精度只有1毫秒。
• gettimeofday()以（名义上）μs的精度返回挂钟时间。 在我的系统上，这个时钟确实有μs精度，但是这并不能保证，因为“系统时钟的分辨率是依赖于硬件的” 。 POSIX.1-2008 说 。 “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并将其作为系统调用来实现 。
• mach_absolute_time()是OS X上非常高分辨率（ns）时序的一个选项。在我的系统中，这确实给出了ns分辨率。 原则上这个时钟环绕，但是它使用一个64位的无符号整数来存储ns，所以实际上这个环绕不应该是一个问题。 可移植性是值得怀疑的。
• 我写了一个基于这个片段 的混合函数 ，它在Linux上编译时使用clock_gettime，或者在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，所有以上都存在于Linux和OS X中。 上面的“我的系统”是一个运行OS X 10.8.3的Apple，MacPorts的GCC 4.7.2。

最后，这里是我发现除了以上链接之外还有帮助的参考文献列表：

• http://blog.habets.pp.se/2010/09/gettimeofday-should-never-be-used-to-measure-time
• 如何在Linux下测量C程​​序的ACTUAL执行时间？
• 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 ：对于OS X， clock_gettime自10.12（Sierra）开始实施。 另外，基于POSIX和BSD的平台（如OS X）共享rusage.ru_utime结构体字段。

Answer 2

C11 timespec_get

用法示例： https ： //stackoverflow.com/a/36095407/895245

返回的最大可能精度是纳秒，但实际精度是实现定义的，可能更小。

它会返回挂墙时间，而不是CPU使用率。

glibc 2.21在sysdeps/posix/timespec_get.c实现它，它直接转发到：

 clock_gettime (CLOCK_REALTIME, ts) < 0) 

clock_gettime和CLOCK_REALTIME是POSIX http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/clock_getres.html，man man clock_gettime表示如果在程序运行时更改一些系统时间设置，则此度量可能会有不连续性。

C ++ 11 chrono

既然我们在这，也让我们来介绍一下： http : //en.cppreference.com/w/cpp/chrono

GCC 5.3.0（C ++ stdlib在GCC源代码中）：

• high_resolution_clock是system_clock的别名
• system_clock转发到以下可用的第一个：
  • clock_gettime(CLOCK_REALTIME, ...)
  • gettimeofday
  • time
• steady_clock转发到以下可用的第一个：
  • clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...)
  • system_clock

问： 在std :: system_clock和std :: steady_clock之间的区别？

CLOCK_REALTIME与CLOCK_MONOTONIC ： CLOCK_REALTIME和CLOCK_MONOTONIC之间的区别？