如何检查系统是否支持“单调时钟”？

Question

我需要在代码中处理超时场景，如果系统支持单调时钟，我想使用clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)。

#ifdef CLOCK_MONOTONIC
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, & spec);
#else
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME,  & spec);
#endif

我不确定这是否足够。也就是说，系统定义的CLOCK_MONOTONIC 是不是真的不支持单调时钟？或者检查是否支持单调时钟的可靠方法是什么？

Answer 1

根据 POSIX 的规定，即使定义了常量 CLOCK_MONOTONIC，您实际上也可能需要运行时测试。处理这个问题的官方方法是使用_POSIX_MONOTONIC_CLOCK“功能测试宏”，但这些宏的语义非常复杂：引用http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/basedefs/unistd.h.html，

如果符号常量未定义或定义为值 -1，则编译不支持该选项。如果定义的值大于零，则在执行应用程序时应始终支持该选项。如果它被定义为零值，则该选项应支持编译，并且在运行时可能支持也可能不支持。

将这三方面的区别转化为代码会给你这样的结果：

#if !defined _POSIX_MONOTONIC_CLOCK || _POSIX_MONOTONIC_CLOCK < 0
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &spec);
#elif _POSIX_MONOTONIC_CLOCK > 0
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &spec);
#else
    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &spec))
        clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &spec));
#endif

但是如果你总是在定义 CLOCK_MONOTONIC 本身时进行运行时测试，它会更简单，更易读：

#ifdef CLOCK_MONOTONIC
    if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &spec))
#endif
        clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &spec);

这在支持CLOCK_MONOTONIC 的当前一代操作系统上增加了一些微不足道的代码大小，但在我看来，可读性的好处是值得的。

对于无条件使用CLOCK_MONOTONIC 也有很强的论据；与具有 clock_gettime 但不支持 CLOCK_MONOTONIC 的操作系统相比，您更有可能找到根本不支持 clock_gettime 的操作系统（例如，据我所知，MacOS X 仍然没有它）。

Answer 2

POSIX 只要求存在CLOCK_REALTIME，其他时钟是可选的。

如果单调时钟可用，宏 _POSIX_MONOTONIC_CLOCK 将在 unistd.h 中定义（根据 man page 的 可用性 部分）

Answer 3

如@zwol 的回答所示，事情确实变得有点复杂和有趣--

请参阅以下简单程序 (foo.c)：

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

int
main()
{
    struct timespec spec;

    printf("_POSIX_MONOTONIC_CLOCK         = %d\n",
           (int)_POSIX_MONOTONIC_CLOCK);
    printf("sysconf(_SC_MONOTONIC_CLOCK)   = %ld\n",
           sysconf(_SC_MONOTONIC_CLOCK) );
    printf("clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) = %d\n",
           clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, & spec) );

    return 0;
}

在 Linux（Debian 9、x86_64）上：

[STEP 101] # uname -a
Linux debian9 4.9.0-6-amd64 #1 SMP Debian 4.9.88-1 (2018-04-29) x86_64 GNU/Linux
[STEP 102] # gcc foo.c && ./a.out
_POSIX_MONOTONIC_CLOCK         = 0
sysconf(_SC_MONOTONIC_CLOCK)   = 200809
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) = 0
[STEP 103] #

在 macOS（10.13，High Sierra）上：

[STEP 201] $ uname -a
Darwin macbook.home 17.5.0 Darwin Kernel Version 17.5.0: Fri Apr 13 19:32:32 PDT 2018; root:xnu-4570.51.2~1/RELEASE_X86_64 x86_64
[STEP 202] $ cc foo.c && ./a.out
_POSIX_MONOTONIC_CLOCK         = -1
sysconf(_SC_MONOTONIC_CLOCK)   = -1
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) = 0
[STEP 203] $

在 FreeBSD（11.1，x86_64）上：

[STEP 301] # uname -a
FreeBSD freebsd 11.1-RELEASE FreeBSD 11.1-RELEASE #0 r321309: Fri Jul 21 02:08:28 UTC 2017     root@releng2.nyi.freebsd.org:/usr/obj/usr/src/sys/GENERIC  amd64
[STEP 302] # cc foo.c && ./a.out 
_POSIX_MONOTONIC_CLOCK         = 200112
sysconf(_SC_MONOTONIC_CLOCK)   = 200112
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) = 0
[STEP 303] #

macOS 上的结果让我很惊讶。 sysconf() 返回 -1 但 clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC) 成功！不确定这是否表明 macOS 不符合 POSIX。无论如何，它证明 使用 sysconf() 进行运行时检查是不可靠的！

最后我要这样做了：

int
Clock_gettime(struct timespec * spec)
{
    static bool firstime = true;
    static clockid_t clock = CLOCK_REALTIME;

    if (firstime) {
        firstime = false;
#ifdef CLOCK_MONOTONIC
        if (clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, spec) == 0) {
            clock = CLOCK_MONOTONIC;
            return 0;
        }
#endif
    }

    return clock_gettime(clock, spec);
}