使用 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) 测量经过的时间答案

【问题标题】：Measuring Elapsed Time Using clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)使用 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) 测量经过的时间
【发布时间】：2021-03-01 18:22:41
【问题描述】：

我必须在多个线程期间经过测量时间。我必须得到这样的输出：

Starting Time | Thread Number

00000000000   |   1

00000000100   |   2

00000000200   |   3

首先，我使用了 gettimeofday，但我看到有一些负数，然后我几乎没有研究并了解到 gettimeofday 不能可靠地测量经过的时间。然后我决定使用clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)。

但是，有一个问题。当我用秒来测量时间时，我无法精确地测量时间。当我使用纳秒时， end.tv_nsec 变量的长度不能超过 9 位（因为它是一个长变量）。这意味着，当它必须移动到第 10 位时，它仍然保持在 9 位，实际上数字变小了，导致经过的时间为负数。

这是我的代码：

long elapsedTime;
struct timespec end;
struct timespec start2;
//gettimeofday(&start2, NULL);
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,&start2);

while(c <= totalCount)
{   
    if(strcmp(algorithm,"FCFS") == 0)
    {
        printf("In SErunner count=%d \n",count);
        if(count > 0)
        {
            printf("Count = %d \n",count);
        
            it = deQueue();
            c++;
            tid = it->tid;

            clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,&end);
            
            usleep( 1000*(it->value));
            elapsedTime = ( end.tv_sec - start2.tv_sec);
            
            printf("Process of thread %d finished with value %d\n",it->tid,it->value);
            fprintf(outputFile,"%ld %d %d\n",elapsedTime,it->value,it->tid+1);
        }
}

不幸的是，timespec 没有微秒变量。如果你能帮助我，我会很高兴的。

【问题讨论】：

阅读clock_gettime(2) 和time(7)。你可以得到 - 理论上 - 纳秒，一微秒是 1000 纳秒
可以，但是纳秒变量不能超过9位。虽然循环迭代 nd.tv_nsec 在一段时间后变小。像这样：2*10^9, 5*10^9, 8*10^9, 1*10^9, 4*10^9, 7*10^9...。它是这样的，因为在定义中在 struct timespec 中，tv_nsec 被定义为 long。

标签： c linux pthreads clock

【解决方案1】：

编写一个辅助函数来计算两个时间规格之间的差异：

int64_t difftimespec_ns(const struct timespec after, const struct timespec before)
{
    return ((int64_t)after.tv_sec - (int64_t)before.tv_sec) * (int64_t)1000000000
         + ((int64_t)after.tv_nsec - (int64_t)before.tv_nsec);
}

如果您希望以微秒为单位，只需将其除以 1000，或使用：

int64_t difftimespec_us(const struct timespec after, const struct timespec before)
{
    return ((int64_t)after.tv_sec - (int64_t)before.tv_sec) * (int64_t)1000000
         + ((int64_t)after.tv_nsec - (int64_t)before.tv_nsec) / 1000;
}

记得包含，这样就可以使用转换"%" PRIi64来打印int64_t类型的整数：

    printf("%09" PRIi64 " | 5\n", difftimespec_ns(after, before));

【讨论】：

功能不工作。如果您计算 2s 10ns - 1s 30ns ==> 纳秒的减法是负数。因此，我的回答中的实用宏...
@RachidK.：是的，它们确实有效。如果您不同意，请在实践中验证它们。它们起作用的原因是一整秒是 1,000,000,000 纳秒。当纳秒差为负时，该操作相当于将秒减 1 并在（负）纳秒上增加 1,000,000,000。
哦，是的！我错过了。我会回答:-)

【解决方案2】：

要计算 delta（经过的时间），您需要根据您使用的服务在两个 timeval 或两个 timespec 结构之间进行减法。

对于timeval，在中有一组操作来操作struct timeval（例如 /usr/include/x86_64-linux-gnu/sys/time.h):

# define timersub(a, b, result)                        \
  do {                                                 \
    (result)->tv_sec = (a)->tv_sec - (b)->tv_sec;      \
    (result)->tv_usec = (a)->tv_usec - (b)->tv_usec;   \
    if ((result)->tv_usec < 0) {                       \
      --(result)->tv_sec;                              \
      (result)->tv_usec += 1000000;                    \
    }                                                  \
  } while (0)

对于timespec，如果您没有在头文件中安装它们，请复制类似source code 中定义的宏：

#define timespecsub(tsp, usp, vsp)                          \
    do {                                                    \
        (vsp)->tv_sec = (tsp)->tv_sec - (usp)->tv_sec;      \
        (vsp)->tv_nsec = (tsp)->tv_nsec - (usp)->tv_nsec;   \
        if ((vsp)->tv_nsec < 0) {                           \
            (vsp)->tv_sec--;                                \
            (vsp)->tv_nsec += 1000000000L;                  \
        }                                                   \
    } while (0)

【讨论】：

【解决方案3】：

您可以使用以下代码将时间转换为 double 值：

double
clocktime_BM (clockid_t clid)
{
  struct timespec ts = { 0, 0 };
  if (clock_gettime (clid, &ts))
    return NAN;
  return (double) ts.tv_sec + 1.0e-9 * ts.tv_nsec;
}

返回的double 值包含以秒为单位的内容。在大多数机器上，double-s 是IEEE 754 浮点数，对它们的基本操作很快（每个不到一微秒）。阅读floating-point-gui.de 了解更多信息。在 2020 年，基于 x86-64 的笔记本电脑和服务器有一些 HPET。不要期望精确到微秒的时间测量（因为 Linux 运行许多 processes，它们可能会在任意时间安排；请阅读一些好的 textbook about operating systems 以获得解释）。

（以上代码来自Bismon，通过CHARIOT资助；类似的内容出现在RefPerSys）

在 Linux 上，请务必阅读 syscalls(2)、clock_gettime(2)、errno(3)、time(7)、vdso(7)。

考虑研究 Linux kernel 和/或GNU libc 和/或musl-libc 的源代码。请参阅LinuxFromScratch 和 OSDEV 和 kernelnewbies。

注意The year 2038 problem 在一些 32 位计算机上。

【讨论】：