Thực hiện một giải pháp di động
Như đã đề cập ở đây rằng không có giải pháp ANSI phù hợp với độ chính xác đủ cho vấn đề đo thời gian, tôi muốn viết về cách lấy di động và, nếu có thể, giải pháp đo thời gian có độ phân giải cao.
Đồng hồ đơn điệu so với tem thời gian
Nói chung, có hai cách đo thời gian:
- đồng hồ đơn điệu;
- tem thời gian hiện tại (ngày).
Cái đầu tiên sử dụng bộ đếm đồng hồ đơn điệu (đôi khi nó được gọi là bộ đếm tick) đếm số lần đánh dấu với tần số được xác định trước, vì vậy nếu bạn có giá trị tick và tần số được biết, bạn có thể dễ dàng chuyển đổi tick thành thời gian trôi qua. Thực tế không đảm bảo rằng đồng hồ đơn điệu phản ánh thời gian hệ thống hiện tại theo bất kỳ cách nào, nó cũng có thể đếm tích tắc kể từ khi khởi động hệ thống. Nhưng nó đảm bảo rằng một chiếc đồng hồ luôn luôn chạy theo xu hướng ngày càng tăng bất kể trạng thái hệ thống. Thông thường tần số được liên kết với nguồn có độ phân giải cao phần cứng, đó là lý do tại sao nó cung cấp độ chính xác cao (phụ thuộc vào phần cứng, nhưng hầu hết phần cứng hiện đại không có vấn đề với nguồn đồng hồ có độ phân giải cao).
Cách thứ hai cung cấp giá trị thời gian (ngày) dựa trên giá trị đồng hồ hệ thống hiện tại. Nó cũng có thể có độ phân giải cao, nhưng nó có một nhược điểm lớn: loại giá trị thời gian này có thể bị ảnh hưởng bởi các điều chỉnh thời gian hệ thống khác nhau, tức là thay đổi múi giờ, thay đổi thời gian ban ngày (DST), cập nhật máy chủ NTP, ngủ đông hệ thống, v.v. trên. Trong một số trường hợp, bạn có thể nhận được giá trị thời gian trôi qua tiêu cực có thể dẫn đến một hành vi không xác định. Trên thực tế loại nguồn thời gian này ít đáng tin cậy hơn nguồn đầu tiên.
Vì vậy, quy tắc đầu tiên trong đo khoảng thời gian là sử dụng đồng hồ đơn điệu nếu có thể. Nó thường có độ chính xác cao, và nó đáng tin cậy bởi thiết kế.
Chiến lược dự phòng
Khi thực hiện một giải pháp di động, đáng để xem xét một chiến lược dự phòng: sử dụng đồng hồ đơn điệu nếu có sẵn và dự phòng theo cách tiếp cận tem thời gian nếu không có đồng hồ đơn điệu trong hệ thống.
các cửa sổ
Có một bài viết tuyệt vời có tên Thu thập tem thời gian độ phân giải cao trên MSDN về đo thời gian trên Windows mô tả tất cả các chi tiết bạn có thể cần biết về hỗ trợ phần mềm và phần cứng. Để có được dấu thời gian chính xác cao trên Windows, bạn nên:
truy vấn tần số hẹn giờ (đánh dấu mỗi giây) với QueryPerformanceFrequency :
LARGE_INTEGER tcounter;
LARGE_INTEGER freq;
if (QueryPerformanceFrequency (&tcounter) != 0)
freq = tcounter.QuadPart;
Tần số hẹn giờ được cố định khi khởi động hệ thống, do đó bạn chỉ cần lấy một lần.
truy vấn giá trị tick hiện tại với QueryPerformanceCorer :
LARGE_INTEGER tcounter;
LARGE_INTEGER tick_value;
if (QueryPerformanceCounter (&tcounter) != 0)
tick_value = tcounter.QuadPart;
chia tỷ lệ tích tắc thành thời gian trôi qua, tức là đến micro giây:
LARGE_INTEGER usecs = (tick_value - prev_tick_value) / (freq / 1000000);
Theo Microsoft, bạn không nên có bất kỳ vấn đề nào với cách tiếp cận này trên Windows XP và các phiên bản mới hơn trong hầu hết các trường hợp. Nhưng bạn cũng có thể sử dụng hai giải pháp dự phòng trên Windows:
- GetTickCount cung cấp số mili giây đã trôi qua kể từ khi hệ thống được khởi động. Nó kết thúc sau mỗi 49,7 ngày, vì vậy hãy cẩn thận trong việc đo khoảng thời gian dài hơn.
- GetTickCount64 là phiên bản 64 bit
GetTickCount, nhưng nó có sẵn bắt đầu từ Windows Vista trở lên.
Hệ điều hành X (macOS)
OS X (macOS) có đơn vị thời gian tuyệt đối Mach riêng đại diện cho đồng hồ đơn điệu. Cách tốt nhất để bắt đầu là bài viết của Apple Q & A QA1398: Đơn vị thời gian tuyệt đối Mach mô tả (với các ví dụ mã) cách sử dụng API dành riêng cho Mach để có dấu tick đơn điệu. Ngoài ra còn có một câu hỏi cục bộ về nó được gọi là thay thế clock_gettime trong Mac OS X , ở phần cuối có thể khiến bạn hơi bối rối không biết phải làm gì với tràn giá trị có thể vì tần số bộ đếm được sử dụng ở dạng tử số và mẫu số. Vì vậy, một ví dụ ngắn làm thế nào để có được thời gian trôi qua:
lấy tử số và mẫu số tần số đồng hồ:
#include <mach/mach_time.h>
#include <stdint.h>
static uint64_t freq_num = 0;
static uint64_t freq_denom = 0;
void init_clock_frequency ()
{
mach_timebase_info_data_t tb;
if (mach_timebase_info (&tb) == KERN_SUCCESS && tb.denom != 0) {
freq_num = (uint64_t) tb.numer;
freq_denom = (uint64_t) tb.denom;
}
}
Bạn chỉ cần làm điều đó một lần.
truy vấn giá trị đánh dấu hiện tại với mach_absolute_time:
uint64_t tick_value = mach_absolute_time ();
chia tỷ lệ các dấu tick thành thời gian đã trôi qua, tức là đến micro giây, sử dụng tử số và mẫu số được truy vấn trước đó:
uint64_t value_diff = tick_value - prev_tick_value;
/* To prevent overflow */
value_diff /= 1000;
value_diff *= freq_num;
value_diff /= freq_denom;
Ý tưởng chính để ngăn chặn tràn là giảm tỷ lệ tích tắc xuống độ chính xác mong muốn trước khi sử dụng tử số và mẫu số. Vì độ phân giải bộ đếm thời gian ban đầu là tính bằng nano giây, chúng tôi chia nó 1000cho để có được micro giây. Bạn có thể tìm thấy cách tiếp cận tương tự được sử dụng trong thời gian_mac.c của Chromium . Nếu bạn thực sự cần độ chính xác nano giây, hãy cân nhắc đọc Làm thế nào tôi có thể sử dụng mach_absolute_time mà không bị tràn? .
Linux và UNIX
Cuộc clock_gettimegọi là cách tốt nhất của bạn trên bất kỳ hệ thống thân thiện POSIX nào. Nó có thể truy vấn thời gian từ các nguồn đồng hồ khác nhau, và cái chúng ta cần là CLOCK_MONOTONIC. Không phải tất cả các hệ thống có clock_gettimehỗ trợ CLOCK_MONOTONIC, vì vậy điều đầu tiên bạn cần làm là kiểm tra tính khả dụng của nó:
- nếu
_POSIX_MONOTONIC_CLOCKđược định nghĩa theo một giá trị >= 0thì có nghĩa CLOCK_MONOTONIClà có sẵn;
nếu _POSIX_MONOTONIC_CLOCKđược định nghĩa cho 0nó có nghĩa là bạn nên kiểm tra thêm nếu nó hoạt động trong thời gian chạy, tôi đề nghị sử dụng sysconf:
#include <unistd.h>
#ifdef _SC_MONOTONIC_CLOCK
if (sysconf (_SC_MONOTONIC_CLOCK) > 0) {
/* A monotonic clock presents */
}
#endif
- mặt khác, đồng hồ đơn điệu không được hỗ trợ và bạn nên sử dụng chiến lược dự phòng (xem bên dưới).
Cách sử dụng clock_gettimekhá dễ dàng:
lấy giá trị thời gian:
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdint.h>
uint64_t get_posix_clock_time ()
{
struct timespec ts;
if (clock_gettime (CLOCK_MONOTONIC, &ts) == 0)
return (uint64_t) (ts.tv_sec * 1000000 + ts.tv_nsec / 1000);
else
return 0;
}
Tôi đã giảm thời gian xuống còn micro giây ở đây.
tính toán chênh lệch với giá trị thời gian trước đó nhận được theo cùng một cách:
uint64_t prev_time_value, time_value;
uint64_t time_diff;
/* Initial time */
prev_time_value = get_posix_clock_time ();
/* Do some work here */
/* Final time */
time_value = get_posix_clock_time ();
/* Time difference */
time_diff = time_value - prev_time_value;
Chiến lược dự phòng tốt nhất là sử dụng lệnh gettimeofdaygọi: nó không phải là đơn điệu, nhưng nó cung cấp độ phân giải khá tốt. Ý tưởng tương tự như với clock_gettime, nhưng để có được giá trị thời gian, bạn nên:
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <stdint.h>
uint64_t get_gtod_clock_time ()
{
struct timeval tv;
if (gettimeofday (&tv, NULL) == 0)
return (uint64_t) (tv.tv_sec * 1000000 + tv.tv_usec);
else
return 0;
}
Một lần nữa, giá trị thời gian được thu nhỏ lại thành micro giây.
SGI IRIX
IRIX có clock_gettimecuộc gọi, nhưng nó thiếu CLOCK_MONOTONIC. Thay vào đó, nó có nguồn đồng hồ đơn điệu của riêng nó được xác định CLOCK_SGI_CYCLEmà bạn nên sử dụng thay vì CLOCK_MONOTONICvới clock_gettime.
Solaris và HP-UX
Solaris có giao diện hẹn giờ độ phân giải cao của riêng nó gethrtimetrả về giá trị bộ hẹn giờ hiện tại tính bằng nano giây. Mặc dù các phiên bản mới hơn của Solaris có thể có clock_gettime, nhưng bạn có thể sử dụng gethrtimenếu bạn cần hỗ trợ các phiên bản Solaris cũ.
Cách sử dụng rất đơn giản:
#include <sys/time.h>
void time_measure_example ()
{
hrtime_t prev_time_value, time_value;
hrtime_t time_diff;
/* Initial time */
prev_time_value = gethrtime ();
/* Do some work here */
/* Final time */
time_value = gethrtime ();
/* Time difference */
time_diff = time_value - prev_time_value;
}
HP-UX thiếu clock_gettime, nhưng nó hỗ trợ gethrtimemà bạn nên sử dụng giống như trên Solaris.
BeOS
BeOS cũng có giao diện hẹn giờ độ phân giải cao của riêng nó system_time, trả về số lượng micro giây đã trôi qua kể từ khi máy tính được khởi động.
Ví dụ sử dụng:
#include <kernel/OS.h>
void time_measure_example ()
{
bigtime_t prev_time_value, time_value;
bigtime_t time_diff;
/* Initial time */
prev_time_value = system_time ();
/* Do some work here */
/* Final time */
time_value = system_time ();
/* Time difference */
time_diff = time_value - prev_time_value;
}
HĐH / 2
OS / 2 có API riêng để lấy dấu thời gian có độ chính xác cao:
truy vấn tần số hẹn giờ (đánh dấu trên mỗi đơn vị) với DosTmrQueryFreq(đối với trình biên dịch GCC):
#define INCL_DOSPROFILE
#define INCL_DOSERRORS
#include <os2.h>
#include <stdint.h>
ULONG freq;
DosTmrQueryFreq (&freq);
truy vấn giá trị tick hiện tại với DosTmrQueryTime:
QWORD tcounter;
unit64_t time_low;
unit64_t time_high;
unit64_t timestamp;
if (DosTmrQueryTime (&tcounter) == NO_ERROR) {
time_low = (unit64_t) tcounter.ulLo;
time_high = (unit64_t) tcounter.ulHi;
timestamp = (time_high << 32) | time_low;
}
chia tỷ lệ tích tắc thành thời gian trôi qua, tức là đến micro giây:
uint64_t usecs = (prev_timestamp - timestamp) / (freq / 1000000);
Ví dụ thực hiện
Bạn có thể xem thư viện plibsys thực hiện tất cả các chiến lược được mô tả ở trên (xem ptimeprofiler * .c để biết chi tiết).