1s ==1000ms == 1,000,000us == 1,000,000,000 nanosecond uname -a
Linux scott-Z170X 4.15.0-34-generic #37-Ubuntu SMP Mon Aug 27 15:21:48 UTC 2018 x86_64 x86_64 x86_64 GNU/Linux
intel i5-6500 我的CLOCKS_PER_SEC 是100W
---------------------------

//格式化输出
int64_t %ld , uint64_t %lu
longlong %lld , ulonglong %llu double %g
float %f
int %d
uint %u //指定输出到哪个地方,可以指定log文件 ,或者控制台 stdout
fprintf(stdout, "%g is %g\n", inputValue, outputValue);

Linux时钟精度:毫秒?微妙?纳秒?


首先:linux有一个很重要的概念——节拍,它的单位是(次/秒)。2.6内核这个值是1000,系统中用一个HZ的宏表征这个值。同时有全局的jiffies变量,表征从开机以来经过的节拍次数(这里面还有故事,后面说,先记住这个)。当然还有wall_jiffies的墙上jiffies来表示从 07-01-1970 到现在的节拍数。每个节拍里面执行一次时钟中断。就是说,它的精度是毫秒。 接着:内核中还有一个变量xtime表征系统的实际时间(墙上时间),定义如下。其中xtime.tv_sec以秒为单位,存放从Unix祖宗定的纪元时间(19700701)到现在的秒数。xtime.tv_nsec以纳秒为单位,记录从上一秒开始经过的纳秒数。就是说,它的精度是纳秒。 struct timespec xtime; struct timespec{
time_t tv_sec; //秒
long tv_nsec; //纳秒
}; 最后:linux提供一个gettimeofday的系统调用,它会返回一个timeval的结构体,定义如下。解释同上,tv_sec代表墙上时间的秒,tv_usec表示从上一秒到现在经过的微秒数。就是说,它的精度是微妙。 struct timeval{
long tv_sec; //秒
long tv_usec; //微妙
}; 精彩的来了:
1. 内核中的xtime会在每个时钟中断的时候被更新一次,也就是每个节拍更新一次。你妹!!每毫秒更新一次怎么能冒出来纳秒的精度??而且,内核还有可能丢失节拍。怎么能是纳秒??
2. 各种书上说,gettimeofday系统调用是读取的xtime的值。日,为啥读出来之后精度丢了?变成微妙了? 寻寻觅觅终于理清了故事:
针对问题1:在linux启动的时候,一个节拍的时间长度还会以纳秒为单位初始化到tick_nsec中,初始化值为999848ns,坑爹啊!不到一毫秒!节拍大约为1000.15Hz。靠!实际的节拍竟然不是准确的1000!所以在每个时钟中断通过wall_jiffies去更新xtime的时候得到的就是一个以纳秒为最小单位的的值。所以!xtime的粒度应该是不到1毫秒,也就是精度是不到1毫秒。 针对问题2:gettimeday系统调用的读xtime代码部分如下:
do{
unsigned long lost;
seq = read_seqbegin(&xtime_lock); usec = timer->get_offset(); //在计时器中取从上一次时钟中断到现在的微秒数
lost = jiffies - wall_jiffies;
if(lost)
usec += lost*(1000000/HZ); //HZ是节拍宏,值1000
sec = xtime.tv_sec;
usec += (xtime.tv_nsec/1000); //由纳秒转为微妙 }while(read_seqretry(&xtime_lock, seq)) while部分使用了seg锁,只看中间的就好了。加了注释之后就很清晰了。由于节拍可能会丢失,所以lost是丢失的节拍数(不会很多)。至于计时器就比较麻烦了,timer可能有下面四种情况。 a. 如果cur_timer指向timer_hpet对象,该方法使用HPET定时器——Inter与Microsoft开发的高精度定时器频率至少10MHz,也就是说此时可提供真正的微妙级精度。
b. 如果cur_timer指向timer_pmtmr对象,该方法使用ACPI PMT计时器(电源管理定时器)平率大约3.58MHz,也就是说也可以提供真正的微妙级精度。
c. 如果cur_timer指向timer_tsc对象,该方法使用时间戳计数器,内置在所有8086处理器,每个CPU时钟,计数器增加一次,频率就是CPU频率,所以timer精度最高。完全可以胜任微妙级的精度。
d. 如果cur_timer指向timer_pit对象,该方法使用PIT计数器,也即是最开始提到的节拍计数,频率大概是1000Hz,此时显然不能提供精度达到微妙的时间。所以只有这种情况是假毫秒精度! 综上:如果使用gettimeofday系统调用,只要不要使用节拍计数器就可以保证达到微妙精度的时间(刨除进程上下文时间误差)。至于网上说的可以拿到纳秒精度的时间,看起来都是错的。除非通过修改内核,使用时间戳计数器实现。Over! 最后最后说一个事情:jiffies的定义的是4字节,你可能猜想它初始值是0。实际上,事实并非如此!linux中jiffies被初始化为0xfffb6c20,它是一个32位有符号数,正好等于-300 000。因此,计数器会在系统启动5分钟内溢出。这是为了使对jiffies溢出处理有缺陷的内核代码在开发阶段被发现,避免此类问题出现在稳定版本中。 参考《深入理解linux内核》

#include <stdio.h> //file #include <iostream>
#include <ctime> //c++ 精确度s time(),ctime()
#include <string> #include <sys/time.h> //linux 精确度s, us gettimeofday() using namespace std; int main()
{
time_t beginTime,endTime;
struct timeval tvBegin,tvEnd;
struct timezone tz; time (&beginTime);
printf ("The current local time is: %s", ctime (&beginTime));
gettimeofday (&tvBegin , &tz); //do something time (&endTime);
printf ("The current local time is: %s \n", ctime (&endTime));
gettimeofday (&tvEnd , &tz); //tv_sec 是 Unix timestamp
//tvEnd.tv_sec-tvBegin.tv_sec 得到多少s, ==>1 s*1000 (5-3=2, 2*1000=>2000ms)
//tvEnd.tv_usec-tvBegin.tv_usec 得到多少us,==>1 us/1000 (55100-373988= -31812, 2/1000=>318ms)
//2000ms+(-318ms) 就是最终消耗的时间 1682ms uint64_t uSpendms = (tvEnd.tv_sec-tvBegin.tv_sec)*1000+(tvEnd.tv_usec-tvBegin.tv_usec)/1000; #ifdef TEST
printf ("uSpendms = %lu .tvEnd.tv_sec = %ld, tvBegin.tv_sec=%ld ; tvEnd.tv_usec = %ld, tvBegin.tv_usec=%ld .\n",
uSpendms,
tvEnd.tv_sec, tvBegin.tv_sec,
tvEnd.tv_usec, tvBegin.tv_usec);
#else
std::cout<< "tvEnd.tv_sec ="<<tvEnd.tv_sec << ". tvBegin.tv_sec ="<<tvBegin.tv_sec <<std::endl;
std::cout<< "tvEnd.tv_usec ="<<tvEnd.tv_usec << ". tvBegin.tv_usec ="<<tvBegin.tv_usec <<std::endl;
std::cout<< "SpendTime="<<uSpendms<<"ms"<<std::endl; #endif #ifdef WRITE_LOG int i;
double result; // open the output file
FILE* fout = fopen(“test.log”, "w");
if (!fout) {
return 1;
} // create a source file with a table of square roots
fprintf(fout, "double sqrtTable[] = {\n");
for (i = 0; i < 10; ++i) {
result = sqrt(static_cast<double>(i));
fprintf(fout, "%g,\n", result);
} // close the table with a zero
fprintf(fout, "0};\n");
fclose(fout); #endif return 0; }

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