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

Question

其中计时功能，time，clockgetrusage，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，我们需要进行分类的功能恢复挂钟值比较返回处理功能或线程值。 gettimeofday返回挂钟值，clock_gettime返回挂钟值或进程或线程值，具体取决于传递给它的参数Clock。 getrusage和clock返回过程值。

然后第二个问题关于这些功能的实现，因此，它们的准确性。这些功能使用哪种硬件或软件机制。

看来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？ 然后getimeofday函数似乎使用了最准确的底层硬件。因此，它的准确性通常是在最近的硬件上的微秒（不能因为API）。 关于clock，手册页讲的是“逼近”，这是什么意思？ clock_gettime怎么样，API是纳秒，这是否意味着它可以如此精确，如果底层硬件允许它？单调性怎么样？

还有其他的功能吗？

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上有所不同。还有很多半答案浮动。编译时钟函数列表及其属性将正确回答问题。对于开始，让我们问一下我们正在寻找的相关属性。看看你的帖子，我建议：

• 什么时候测量的时钟？ （真实的，用户的，系统的，还是希望不是挂钟？）
• 时钟的精度是多少？ （s，ms，μs还是更快？）
• 时钟回绕了多少时间？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，夏令时，用户等）？
• 上述内容在不同实现之间如何变化？
• 特定功能是否过时，非标准等？

在开始列表之前，我想指出挂钟时间很少是正确的使用时间，而它随时区更改，夏时制时间更改或壁挂时钟更改由NTP同步。如果您使用时间安排活动或基准测试，这些都不是很好。这只是真正的好名字，墙上的时钟（或桌面）。

这里是我到目前为止已发现在Linux和OS X时钟：

• time()从OS返回挂钟时间，精确的秒。
• clock()似乎返回用户和系统时间的总和。它出现在C89及更高版本中。有一次，这应该是CPU周期的时间，但现代标准like POSIX要求CLOCKS_PER_SEC为1000000，最大可能的精度为1微秒。我的系统精度确实是1μs。这个时钟一旦回到顶部就会回绕（这通常发生在〜2^32个滴答声之后，对于1MHz时钟来说这不是很长）。 man clock表示，自glibc 2.18以来，它在Linux中与clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, ...)一起实现。
• 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，在正常运行数十年之后，任何绕回都会发生。这看起来像一个非常好的时钟，但不幸的是它还不能在OS X上使用。POSIX 7 describes CLOCK_MONOTONIC as an optional extension。
• getrusage()原来是我的情况的最佳选择。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系统上进行了测试（Red Hat 4.1.2-48和GCC 4.1.2），精度仅为1毫秒。
• gettimeofday()返回（标称）μs精度的挂钟时间。在我的系统上，这个时钟似乎具有μs精度，但这并不能保证，因为"the resolution of the system clock is hardware dependent"。 POSIX.1-2008 says that。 “应用程序应该使用clock_gettime()函数而不是过时的gettimeofday()函数”，因此您应该远离它。 Linux x86并实现它as a system call。
• mach_absolute_time()是OS X上的高分辨率（ns）定时选项。在我的系统上，这确实可以提供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。可移植性值得怀疑。
• I wrote a hybrid function基于this snippet使用clock_gettime在Linux上进行编译时，编译或OS X上的时候，为了获得在Linux纳秒的精度和OS X.马赫计时器

在上述所有的存在Linux和OS X都另有规定。上面的“我的系统”是一个运行OS X 10.8.3的Apple，MacPorts使用GCC 4.7.2。

最后，这里是我除了发现有助于上面的链接引用的列表：

• http://blog.habets.pp.se/2010/09/gettimeofday-should-never-be-used-to-measure-time
• How to measure the ACTUAL execution time of a C program under Linux?
• 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）起实施。另外，基于POSIX和BSD的平台（如OS X）共享rusage.ru_utime结构体字段。在

Answer 2

C11 timespec_get

用例：https://stackoverflow.com/a/36095407/895245

最大可能的精确度返回是纳秒，但实际精度为实现定义并且可能是较小的。

它返回挂墙时间，而不是CPU使用率。

的glibc 2.21 sysdeps/posix/timespec_get.c下实现它，它直接转发至：

clock_gettime (CLOCK_REALTIME, ts) < 0) 

clock_gettime和CLOCK_REALTIME是POSIX http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/clock_getres.html，并且man clock_gettime说，这一措施可能具有不连续性，如果你改变一些系统时间，而你的程序运行设置。

C++ 11时辰

因为我们在这，我们要介绍他们还有：http://en.cppreference.com/w/cpp/chrono

GCC 5.3.0（C++ stdlib的是GCC源里面）：

• high_resolution_clock是system_clock的别名
• system_clock转发给以下第一个可用：
  • clock_gettime(CLOCK_REALTIME, ...)
  • gettimeofday
  • time
• steady_clock转发到第一可用以下的：
  • clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, ...)
  • system_clock

在问：Difference between std::system_clock and std::steady_clock?

CLOCK_REALTIME VS CLOCK_MONOTONIC：Difference between CLOCK_REALTIME and CLOCK_MONOTONIC?