CLOCK_MONOTONIC 和 CLOCK_MONOTONIC_COARSE 是否具有相同的基础？答案

【问题标题】：Do CLOCK_MONOTONIC and CLOCK_MONOTONIC_COARSE have the same base?CLOCK_MONOTONIC 和 CLOCK_MONOTONIC_COARSE 是否具有相同的基础？
【发布时间】：2020-01-31 00:58:57
【问题描述】：

clock_gettime() 的手册页将 CLOCK_MONOTONIC_COARSE 描述为：

CLOCK_MONOTONIC 的更快但不太精确的版本。在您需要非常快的时候使用，但是不是细粒度的时间戳。

一个人成为另一个人的“版本”是什么意思？

假设我将 CLOCK_MONOTONIC 值截断到与粗略值相同的精度，我能否有效地比较两者？

【问题讨论】：

通俗地说，“版本”是指被引用的函数属于可以获取时间的函数类。
如果可以避免的话，我建议不要使用 CLOCK_MONOTONIC_COARSE。正如您所发现的，文档不清楚。我一直在研究 Linux 计时代码，我不相信 MONOTONIC 和 MONOTONIC_COARSE 之间不再有区别。但是如果你真的很在意这种区别，你就不能相信文档，你要么必须检查内核计时代码（这是不可理解的），要么找 Linux 内核计时专家来询问。
@Steve Summit：我不同意你的观点，但“这取决于”。我在下面更新了我的答案，添加了这个链接：access.redhat.com/documentation/en-US/Red_Hat_Enterprise_MRG/…
@AShelly - 我认为我们已经确定了您考虑使用 CLOCK_MONOTONIC_COARSE 而不是 CLOCK_MONOTONIC 的唯一原因是可能如果您的应用程序正在生成许多性能优势，频繁的“时间”系统调用。 “不太精确”只是意味着“不太准确”。如果这就是您的意思，则不存在“截断”或“舍入”的问题。问：这（连同其他回复/讨论）是否回答了您的问题？如果没有，问：您能否提供一个“用例”来帮助我们更好地理解您的问题？
@AShelly：你的问题解决了吗？如果不是，您能否进一步解释一下您不确定的内容（例如，一个用例）？

标签： c linux clock

【解决方案1】：

这里是列出 Posix/Linux 时钟不同“版本”的手册页：

https://linux.die.net/man/2/clock_gettime

足够新的 glibc 版本和 Linux 内核支持以下时钟：

CLOCK_REALTIME

测量真实（即挂钟）时间的系统范围的时钟。设置此时钟需要适当的权限。这个时钟是受系统时间不连续跳跃的影响（例如，如果系统管理员手动更改时钟），并由由 adjtime(3) 和 NTP 执行的增量调整。

CLOCK_REALTIME_COARSE（从 Linux 2.6.32 开始；特定于 Linux）

更快但不太精确的 CLOCK_REALTIME 版本。当你使用需要非常快但不是细粒度的时间戳。

CLOCK_MONOTONIC

无法设置的时钟，表示单调时间，因为某些未指定的起点。该时钟不受系统时间的不连续跳跃（例如，如果系统管理员手动更改时钟），但受由 adjtime(3) 和 NTP 执行的增量调整。

CLOCK_MONOTONIC_COARSE（自 Linux 2.6.32 起；特定于 Linux）

CLOCK_MONOTONIC 的更快但不太精确的版本。当你使用需要非常快但不是细粒度的时间戳。

CLOCK_MONOTONIC_RAW（从 Linux 2.6.28 开始；特定于 Linux）与 CLOCK_MONOTONIC 类似，但提供对不受 NTP 调整或 adjtime(3) 执行的增量调整。

CLOCK_BOOTTIME（从 Linux 2.6.39 开始；特定于 Linux）与 CLOCK_MONOTONIC 相同，除了它还包括系统暂停的任何时间。这允许应用程序获得暂停感知单调时钟，而无需处理 CLOCK_REALTIME 的并发症，如果使用 settimeofday(2) 更改时间。

CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID 来自 CPU 的高分辨率每进程计时器。

CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID 线程特定的 CPU 时间时钟。

正如您在上面看到的，CLOCK_MONOTONIC_COARSE 是在 Linux 2.6.32 中引入的。以下是理由（以及具体的源补丁）：

https://lwn.net/Articles/347811/

在与一些想要非常快但又不想要的应用程序编写者交谈之后细粒度的时间戳，我决定尝试实现一个新的clock_ids 到 clock_gettime(): CLOCK_REALTIME_COARSE 和 CLOCK_MONOTONIC_COARSE 它返回最后一次滴答的时间。这非常快，因为我们没有必须访问任何硬件（如果您正在使用这可能会非常痛苦像 acpi_pm 时钟源），我们甚至可以使用 vdso clock_gettime() 方法来避免系统调用。唯一的权衡是你只能获得低分辨率刻度时间分辨率。

这不是一个新想法，我知道 Ingo 在 -rt 树中有一个补丁使 vsyscall gettimeofday() 返回粗粒度时间 vsyscall64 sysctrl 设置为 2。但这会影响所有应用程序在系统上。

使用此方法，应用程序可以选择适当的速度/粒度为自己取舍。

谢谢 -约翰

附录：

问：使用 CLOCK_MONOTONIC_COARSE 或 CLOCK_REALTIME_COARSE 可能会使哪些用例受益？

A：在 Linux 2.6.32 时间框架（2010-2011）中，“...应用程序工作负载（尤其是数据库和金融服务应用程序）执行极其频繁的 gettimeofday 或类似的时间函数调用”：

Redhat Enterprise: 2.6. gettimeofday speedup

许多应用程序工作负载（尤其是数据库和金融服务应用程序）执行极其频繁的 gettimeofday 或类似时间函数调用。优化此调用的效率可以提供主要好处。

【讨论】：

这很详细，但并没有真正回答我可以比较两个不同时钟基准的值的问题。
那么，“比较”到底是什么意思？具体而言，您会如何“比较”？他们会“相似”吗：是的。它们会非常相似吗？大概。我应该使用哪一个？这完全取决于您的用例；）根据史蒂夫·萨米特的观察，它可能不会有太大的不同......“希望能有所帮助......

【解决方案2】：

CLOCK_MONOTONIC_COARSE 使用与 CLOCK_MONOTONIC 相同的时基（但与 CLOCK_MONOTONIC_RAW 相比，特别不使用）。具体来说，它们都使用wall_to_monotonic 来转换从 tk 的 xtime 派生的值。 RAW 使用完全不同的时间源。

请记住，CLOCK_MONOTONIC_COARSE 每次滴答仅更新一次（因此通常约为 1 毫秒，但请询问 clock_getres() 以确保）。如果这个精度足够好，那么一定要减去你的时钟值。

【讨论】：

【解决方案3】：

简短的回答是YES（至少对于 Linux！），您可以比较它们、计算延迟等...

精度将是不太精确的，很可能是粗略的。

看这个简短的节目：

#include <time.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    int ret;
    struct  timespec res;

    ret = clock_getres(CLOCK_MONOTONIC, &res);
    if (0 != ret)
        return ret;
    printf("CLOCK_MONOTONIC resolution is: %ld sec, %ld nsec\n", (long)res.tv_sec, (long)res.tv_nsec);

    ret = clock_getres(CLOCK_MONOTONIC_COARSE, &res);
    if (0 != ret)
        return ret;
    printf("CLOCK_MONOTONIC_COARSE resolution is: %ld sec, %ld nsec\n", (long)res.tv_sec, (long)res.tv_nsec);

    return 0;
}

它返回（Ubuntu 20.04 - 64 位 - 内核 5.4）

CLOCK_MONOTONIC resolution is: 0 sec, 1 nsec
CLOCK_MONOTONIC_COARSE resolution is: 0 sec, 4000000 nsec

所以 MONOTONIC 具有纳秒精度，而 COARSE 具有 4 毫秒精度。

与上面的评论不同，我相反建议在您需要的时间允许时使用 COARSE 版本。

在用户程序中对时钟的调用非常频繁，以至于它们在 vDSO 中占有一席之地

当您使用 COARSE 版本时，您的系统调用完全为零，并且它的速度与您的机器可以运行几条指令一样快。感谢 vDSO，您的程序在与 COARSE 通话期间完全停留在“用户空间”中。使用其他类型的时钟，您将有一些系统调用和对硬件的潜在访问权限。所以至少切换到“内核”并返回到“用户空间”。

如果您的程序只需要十几次调用，这当然是零重要性，但如果相反，如果程序严重依赖时钟，它可以节省大量时间。这就是为什么 vDSO 存在的首要原因：性能！

首先定义计时所需的精度。是秒够了，你需要毫秒、微秒等...
请记住，除非您正在修补 RT 系统，否则时间是相对价值！想象一下你调用了clock_gettime，然后立即返回后，您的线程会因任何内核业务而中断：你得到的准确度是多少？这正是著名的问题 2001 年击败 HAL：太空漫游：“现在几点了？”。
从中您可以得出您需要的时钟类型。
您可以混合使用 MONOTONIC 和它的 COARSE 版本，但仍然可以计算延迟或进行比较（这是最初的问题）。但当然，精确度是不那么精确的。
单调最适合进行时间延迟和比较，因为它们不依赖于实时时间（如您的手表显示的那样）。当用户更改实际时间时，它们不会更改。
相反，如果您需要显示事件发生的时间（对用户有意义），请不要使用单调！

【讨论】：