C ++ / POSIX如何以最有效的方式获得毫秒时间戳？

Question

我正在为 i2c 总线操作使用开源库。这个库经常使用一个函数来获得一个毫秒分辨率的实际时间戳。

示例调用：

nowtime = timer_nowtime();
while ((i2c_CheckBit(dev) == true) && ((timer_nowtime() - nowtime) < I2C_TIMEOUT));

使用这个 i2c 库的应用程序会占用大量 CPU 容量。我发现，运行的程序最多调用函数timer_nowtime()。

原函数：

unsigned long timer_nowtime(void) {        
    static bool usetimer = false;
    static unsigned long long inittime;
    struct tms cputime;

    if (usetimer == false)
    {
        inittime  = (unsigned long long)times(&cputime);
        usetimer = true;
    }

    return (unsigned long)((times(&cputime) - inittime)*1000UL/sysconf(_SC_CLK_TCK));
}

我现在的目标是，提高这个功能的效率。我是这样尝试的：

struct timespec systemtime;

clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &systemtime);
//convert the to milliseconds timestamp
// incorrect way, because (1 / 1000000UL) always returns 0 -> thanks Pace
//return (unsigned long) ( (systemtime.tv_sec * 1000UL) + (systemtime.tv_nsec
//              * (1 / 1000000UL)));
return (unsigned long) ((systemtime.tv_sec * 1000UL)
            + (systemtime.tv_nsec / 1000000UL));

不幸的是，我不能声明这个函数inline（不知道为什么）。

哪种方法更有效地获取毫秒分辨率的实际时间戳？ 我确信有一种更高效的方式来做到这一点。有什么建议么？

谢谢。

Answer 1

很明显，您的示例调用在 timer_nowtime() 函数中使用了大部分 CPU 时间。您正在轮询，并且循环会占用您的 CPU 时间。您可以用更好的替代方法更换计时器功能，这样您就可以实现更多的循环迭代，但它仍然会在该功能中使用大部分 CPU 时间！更改计时器功能不会减少 CPU 时间！

您可以更改循环并引入等待时间 - 但前提是它在您的应用程序中有意义，例如：

start = timer_nowtime();
while( i2c_CheckBit(dev) ) {
    now = timer_nowtime();
    diff = now - start;
    if( diff < I2C_TIMEOUT ) break;
    else if( diff > SOME_TRESHOLD ) usleep( 1000*std::max(1,I2C_TIMEOUT-diff-SOME_SMALL_NUMBER_1_TO_10_MAYBE) );
}

计时器：我认为gettimeofday() 是一个不错的决定，它具有很高的精度，并且在大多数（所有？）Unices 中都可用。

Answer 2

请注意，您的两个示例并不等效； times(2) 测量 CPU 时间消耗，而 clock_gettime(CLOCK_REALTIME, ...) 测量挂钟时间。

话虽如此，clock_gettime 或较旧的 gettimeofday 等挂钟计时器通常比 times() 或 getrusage() 等 CPU 计时器快得多。

而且，正如已经指出的，您的计时功能正在占用大量 CPU 时间，因为您除了轮询它之外几乎没有做任何其他事情。如果这是一个问题，请稍等一下，例如通过调用 nanosleep() 或 clock_nanosleep()。

我认为您最好的选择是使用clock_gettime()，但是使用CLOCK_MONOTONIC 而不是CLOCK_REALTIME。

Answer 3

如果您的程序仅在最新的 Intel/AMD 处理器上执行，但不是太新（时钟节流处理得不是很好），RDTSC assembly instruction 是获取时间戳的最佳方式。分辨率接近处理器的实际时钟，并且独立于系统（这意味着它也受到中断的影响。你不能吃蛋糕也不能吃）。

This page 在 C 中有一个示例。

Answer 4

我对 Linux 上的这一点很满意：

inline double getFractionalSeconds(void) {
   struct timeval tv;   // see gettimeofday(2)
   gettimeofday(&tv, NULL);
   double t = (double) tv.tv_sec + (double) 1e-6 * tv.tv_usec; 
   // return seconds.microseconds since epoch 
   return(t);
}

Answer 5

如果你在 Intel 上运行，你可以试试下面的代码

unsigned long long int rdtsc(void)
{
   unsigned long long int x;
   unsigned a, d;

   __asm__ volatile("rdtsc" : "=a" (a), "=d" (d));

   return ((unsigned long long)a) | (((unsigned long long)d) << 32);;
}