在Linux中测量时间-时间vs时钟vs getrusage vs clock_gettime vs gettimeofday vstimespec_get？

Question

其中计时功能，time，clock
getrusage，clock_gettime，gettimeofday和timespec_get，我想清楚地了解它们是如何实现的，为了知道在什么情况下我必须使用他们什么是他们的返回值。

首先，我们需要对返回 壁钟值的 函数与返回 进程或线程值的
函数进行分类。gettimeofday返回壁钟值，clock_gettime返回壁钟值 或
进程或线程值，具体取决于Clock传递给它的参数。getrusage并clock返回过程值。

然后，第二个问题涉及这些功能的实现以及结果的准确性。这些功能使用哪种硬件或软件机制。

似乎getrusage仅使用内核滴答（通常为1ms），结果比ms更准确。这样对吗？然后，该getimeofday功能似乎使用了最准确的基础硬件。因此，其精度在最近的硬件上通常为微秒（由于API而不能更高）。关于什么的clock，关于“逼近”该名男子页讲，这是什么意思？怎么回事clock_gettime，API只需十亿分之一秒，是否意味着如果底层硬件允许的话，它就能如此精确？单调呢？

还有其他功能吗？

Answer 1

问题是在C和C
++中有几种不同的时间函数可用，其中一些在实现之间的行为也有所不同。也有很多半答案。编译时钟函数及其属性的列表将正确回答该问题。首先，让我们问一下我们要寻找的相关属性是什么。查看您的帖子，我建议：

• 时钟是几点钟？（真实的，用户的，系统的，或者希望不是壁钟？）
• 时钟的精度是多少？（秒，毫秒，微秒还是更快？）
• 时钟多少钟后响起？还是有某种机制可以避免这种情况？
• 时钟是单调的，还是会随系统时间的变化而变化（通过NTP，时区，夏令时，由用户等）？
• 上面的实现之间有何不同？
• 特定功能是否过时，非标准等？

在开始列出之前，我想指出壁钟时间很少是正确的使用时间，但是它会随着时区的变化，夏时制的变化或壁钟是由NTP同步而变化的。如果您花时间安排事件或基准性能，那么这些事情都不是一件好事。顾名思义，这真的非常有用，因为它可以挂在墙上（或台式机）上。

到目前为止，这是我在Linux和OS X中发现的时钟：

• time() 从操作系统返回挂钟时间，以秒为单位。
• clock()似乎返回用户和系统时间的总和。它存在于C89及更高版本中。一次应该以周期为单位的CPU时间，但是像POSIX这样的现代标准要求CLOCKS_PER_SEC为1000000，最大可能精度为1 µs。我的系统上的精度确实是1 µs。该时钟在达到顶峰时就会回绕（通常发生在〜2 ^ 32个滴答之后，对于1 MHz的时钟来说不是很长）。man clock说自glibc 2.18起，它是clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...)在Linux中实现的。
• 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，经过数十年的正常运行时间后，任何折回都将发生。这看起来像一个很好的时钟，但是不幸的是，它在OS X上尚不可用。POSIX 7 描述CLOCK_MONOTONIC为可选扩展。
• getrusage()事实证明，这是我的最佳选择。它分别报告用户时间和系统时间，并且不会回绕。我的系统的精度为1 µs，但我也在Linux系统（带GCC 4.1.2的Red Hat 4.1.2-48）上进行了测试，精度仅为1 ms。
• gettimeofday()以（名义上）μs精度返回壁钟时间。在我的系统上，该时钟似乎确实具有µs精度，但这不能保证，因为“系统时钟的分辨率取决于硬件”。POSIX.1-2008这样说。“应用程序应该使用该clock_gettime()函数而不是过时的gettimeofday()函数”，因此您应该远离它。Linux x86并将其实现为系统调用。
• mach_absolute_time()是OS X上非常高分辨率（ns）时序的一个选项。在我的系统上，这的确提供了ns分辨率。原则上，该时钟回绕，但是它使用64位无符号整数存储ns，因此在实践中回绕应该不是问题。可移植性值得怀疑。
• 我基于此代码段编写了一个混合函数，该函数在Linux上编译时使用clock_gettime，在OS X上编译时使用Mach定时器，以便在Linux和OS X上都获得ns精度。

除另有说明外，以上所有内容都存在于Linux和OS X中。上面的“我的系统”是一台运行Mac X且带有GCC 4.7.2的OS X
10.8.3的Apple。

最后，除了上面的链接之外，这是我发现有用的参考文献列表：

• http://blog.habets.pp.se/2010/09/gettimeofday-should-never-be-used-to-measure-time
• http://digitalsandwich.com/archives/27-benchmarking-misconceptions-microtime-vs-getrusage.html
• http://www.unix.com/hp-ux/38937-getrusage.html

更新 ：自OS clock_gettime10.10（Sierra）起已实现。同样，基于POSIX和BSD的平台（如OS
X）都共享rusage.ru_utimestruct字段。