C ++细粒度时间

Question

下面的代码给出0作为函数的运行时间。 有人可以指出错误吗？

struct timeval start,end;
long seconds,useconds;
gettimeofday(&start, NULL);
int optimalpfs=optimal(n,ref,count);
gettimeofday(&end, NULL);
seconds  = end.tv_sec  - start.tv_sec;
useconds = end.tv_usec - start.tv_usec;
long opt_runtime = ((seconds) * 1000 + useconds/1000.0) + 0.5;
cout<<"\nOptimal Runtime is "<<opt_runtime<<"\n";

我得到的开始时间和结束时间都相同，得到以下输出

Optimal Runtime is 0

请告诉我错误。

Answer 1

POSIX 1003.1b-1993为clock_gettime() （和clock_getres() ）指定了接口，并提供了MON选项，可以提供一种类型的时钟，其clockid_t值为CLOCK_MONOTONIC （这样，您的计时器就不受系统时间的影响）调整）。 如果系统上可用，则这些函数会返回一个结构，该结构的潜在分辨率可低至1纳秒，尽管后者会告诉您时钟的确切分辨率。

 struct timespec {
         time_t  tv_sec;         /* seconds */
         long    tv_nsec;        /* and nanoseconds */
 };

您可能仍然需要在循环中多次运行测试函数，以使时钟记录超出其分辨率的任何时间，并且也许您希望将循环运行足够长的时间，以使其比时钟至少多一个数量级。时钟的分辨率。

请注意，尽管显然Linux人士误读了POSIX.1b规范和/或不了解单调递增的时钟的定义，并且他们的CLOCK_MONOTONIC时钟受系统时间调整的影响，所以您必须使用他们发明的非-标准的CLOCK_MONOTONIC_RAW时钟以获取真实的单调时间时钟。

或者，可以使用相关的POSIX.1 timer_settime()调用来设置计时器的运行状态，使用信号处理程序来捕获计时器传递的信号，并使用timer_getoverrun()来查找在排队的信号及其时间之间经过了多少时间。最终交付，然后将循环设置为运行，直到计时器关闭，计算设置的时间间隔中的迭代次数以及溢出次数。

当然，在抢占式多任务系统上，这些时钟和计时器即使在您的进程未运行时也会运行，因此它们对于基准测试并不是很有用。

稍微更难得的是可选POSIX.1-1999 clockid_t的值CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID ，由存在指示_POSIX_CPUTIME从<time.h> ，它代表了调用进程的CPU时钟，给予表示的执行时间量的值调用过程。 （更罕见的是_POSIX_THREAD_CPUTIME宏指示的clockid_t的CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID的TCT选项，该宏表示CPU时间时钟，并提供表示调用线程的执行时间的值。）

不幸的是，POSIX没有提及这些所谓的CPUTIME时钟是仅计数用户时间，还是计数由进程或线程累积的用户时间和系统（以及中断）时间，因此，如果您正在分析的代码进行任何系统调用，则该数量可以或可以不表示在内核模式下花费的时间。

更糟糕的是，在多处理器系统上，如果您的进程在执行期间恰巧从一个CPU迁移到另一个CPU，则CPUTIME时钟的值可能完全是虚假的。 实现这些CPUTIME时钟的计时器也可能在不同的CPU内核上以不同的速度运行，并且在不同的时间运行，这使它们的含义更加复杂。 也就是说，它们可能并不表示与实际时钟时间有关的任何信息，而仅表示CPU周期数（只要始终使用相对时间并且用户意识到执行时间可能会对基准测试很有用，取决于外部因素）。 更糟糕的是，据报道，在基于Linux CPU TimeStampCounter的CPUTIME时钟上，时钟甚至可能报告进程已休眠的时间。

如果你的系统有一个良好的工作getrusage()系统调用，然后它会希望能够给你一个struct timeval为每个通过你的过程分别消耗它运行时的实际用户和系统时间。 但是，由于这最多会使您回到微秒级的时钟，因此您需要重复运行测试代码多次，以获得更准确的时间，在循环之前调用getrusage() ，然后再调用一次，然后计算差异在给定的时间之间。 对于简单的算法，这可能意味着要运行数百万次甚至更多次。 还要注意，在许多系统上，用户时间和系统时间之间的划分有些随意，如果在重复的循环中单独检查，一个或另一个甚至会倒退。 但是，如果您的算法没有进行系统调用，那么对时间增量求和仍然应该是代码执行的合理总时间。

顺便说一句，在比较时间值时要小心，以免您溢出或最终不会在字段中出现负值（如@Nim所建议的那样，或者可能像这样）（来自NetBSD的<sys/time.h> ）：

    #define timersub(tvp, uvp, vvp)                             \
        do {                                                    \
            (vvp)->tv_sec = (tvp)->tv_sec - (uvp)->tv_sec;      \
            (vvp)->tv_usec = (tvp)->tv_usec - (uvp)->tv_usec;   \
            if ((vvp)->tv_usec < 0) {                           \
                (vvp)->tv_sec--;                                \
                (vvp)->tv_usec += 1000000;                      \
            }                                                   \
        } while (0)

（您甚至可能更偏执地认为tv_usec在范围内）

关于基准测试的另一个重要注意事项：确保您的函数实际上已被调用，理想情况下，通过检查编译器的程序集输出确保。 在与驱动程序循环不同的源模块中编译函数通常会说服优化程序保留调用。 另一个技巧是让它返回您在循环内分配给定义为volatile的变量的值。

Answer 2

您在这里混用了浮点数和整数：

long opt_runtime = ((seconds) * 1000 + useconds/1000.0) + 0.5;

尝试使用：

long opt_runtime = (long)(seconds * 1000 + (float)useconds/1000);

这样，您将获得以毫秒为单位的结果。

Answer 3

的执行时间optimal(...)是小于的粒度gettimeofday(...) 这可能会在Windows上发生。 在Windows上，典型的粒度最长为20毫秒。 我已经在这里回答了一个相关的gettimeofday（...）问题。 对于Linux，我问如何获得Linux 的微秒时间gettimeofday（）以及它的精度是多少？ 并取得了不错的成绩。

关于如何获得精确的定时信息中描述了这个 SO回答。

Answer 4

我通常进行如下计算：

long long ss = start.tv_sec * 1000000LL + start.tv_usec;
long long es = end.tv_sec * 1000000LL + end.tv_usec;

然后有所作为

long long microsec_diff = es - ss;

现在根据需要进行转换：

double seconds = microsec_diff / 1000000.;

通常，我不关心最后一步，所有计时都以微秒为单位。