Question

CLOCK_MONOTONIC似乎不可用，所以clock_gettime已经用完了。

我已经在某些地方读过，mach_absolute_time（）可能是正确的方法，但在阅读之后它是一个依赖于cpu的值，它立刻让我想知道它是不是在下面使用rtdsc。因此，即使它是单调的，该值也可能随时间漂移。此外，线程相关性的问题可能会导致调用函数产生有意义的不同结果（使其在所有内核中不是单调的）。

当然，这只是猜测。有谁知道mach_absolute_time实际上是如何工作的？我实际上正在寻找clock_gettime的替代品（CLOCK_MONOTONIC ......或类似于OSX的东西。无论时钟源是什么，我都期望至少毫秒精度和毫秒精度。

我只想了解哪些时钟可用，哪些时钟是单调的，如果某些时钟漂移，有线程亲和力问题，并非在所有Mac硬件上都支持，或者需要一个＆＃39;超高＆＃39;要执行的cpu周期数。

以下是我能够找到关于此主题的链接（有些已经是死链接，但在archive.org上找不到）：

https://developer.apple.com/library/mac/#qa/qa1398/_index.html http://www.wand.net.nz/~smr26/wordpress/2009/01/19/monotonic-time-in-mac-os-x/ http://www.meandmark.com/timing.pdf

谢谢！布雷特

Answer 1

Mach内核提供对系统时钟的访问，其中至少有一个（SYSTEM_CLOCK）advertised by the documentation为单调递增。

#include <mach/clock.h>
#include <mach/mach.h>

clock_serv_t cclock;
mach_timespec_t mts;

host_get_clock_service(mach_host_self(), SYSTEM_CLOCK, &cclock);
clock_get_time(cclock, &mts);
mach_port_deallocate(mach_task_self(), cclock);

mach_timespec_t具有纳秒精度。不过，我不确定准确性。

Mac OS X支持三个时钟：

SYSTEM_CLOCK返回自启动时间以来的时间;
CALENDAR_CLOCK返回自1970-01-01以来的UTC时间;
REALTIME_CLOCK已弃用，与当前实施中的SYSTEM_CLOCK相同。

documentation for clock_get_time表示时钟是单调递增的，除非有人调用clock_set_time。对clock_set_time的调用是discouraged因为它可以打破时钟的单调属性，事实上，the current implementation returns KERN_FAILURE没有做任何事情。

Answer 2

在查找了几个不同的答案之后，我最终定义了一个在mach上模拟clock_gettime的标题：

#include <sys/types.h>
#include <sys/_types/_timespec.h>
#include <mach/mach.h>
#include <mach/clock.h>

#ifndef mach_time_h
#define mach_time_h

/* The opengroup spec isn't clear on the mapping from REALTIME to CALENDAR
 being appropriate or not.
 http://pubs.opengroup.org/onlinepubs/009695299/basedefs/time.h.html */

// XXX only supports a single timer
#define TIMER_ABSTIME -1
#define CLOCK_REALTIME CALENDAR_CLOCK
#define CLOCK_MONOTONIC SYSTEM_CLOCK

typedef int clockid_t;

/* the mach kernel uses struct mach_timespec, so struct timespec
    is loaded from <sys/_types/_timespec.h> for compatability */
// struct timespec { time_t tv_sec; long tv_nsec; };

int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec *tp);

#endif

和mach_gettime.c

#include "mach_gettime.h"
#include <mach/mach_time.h>

#define MT_NANO (+1.0E-9)
#define MT_GIGA UINT64_C(1000000000)

// TODO create a list of timers,
static double mt_timebase = 0.0;
static uint64_t mt_timestart = 0;

// TODO be more careful in a multithreaded environement
int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec *tp)
{
    kern_return_t retval = KERN_SUCCESS;
    if( clk_id == TIMER_ABSTIME)
    {
        if (!mt_timestart) { // only one timer, initilized on the first call to the TIMER
            mach_timebase_info_data_t tb = { 0 };
            mach_timebase_info(&tb);
            mt_timebase = tb.numer;
            mt_timebase /= tb.denom;
            mt_timestart = mach_absolute_time();
        }

        double diff = (mach_absolute_time() - mt_timestart) * mt_timebase;
        tp->tv_sec = diff * MT_NANO;
        tp->tv_nsec = diff - (tp->tv_sec * MT_GIGA);
    }
    else // other clk_ids are mapped to the coresponding mach clock_service
    {
        clock_serv_t cclock;
        mach_timespec_t mts;

        host_get_clock_service(mach_host_self(), clk_id, &cclock);
        retval = clock_get_time(cclock, &mts);
        mach_port_deallocate(mach_task_self(), cclock);

        tp->tv_sec = mts.tv_sec;
        tp->tv_nsec = mts.tv_nsec;
    }

    return retval;
}

Answer 3

只需使用马赫时间 它是公共API，适用于macOS，iOS和tvOS，它可以在沙箱中运行。

Mach Time返回一个抽象的时间单位，我通常称之为＆＃34; clock ticks ＆＃34;。时钟周期的长度是系统特定的，取决于CPU。在当前的英特尔系统上，时钟滴答实际上恰好是一纳秒，但你不能依赖它（对于ARM可能不同，它对于PowerPC CPU肯定是不同的）。系统还可以告诉您转换因子将时钟滴答转换为纳秒和纳秒到时钟滴答（这个因素是静态的，它不会在运行时发生变化）。当系统启动时，时钟从0开始，然后随着每个时钟滴答单调增加，因此您也可以使用马赫时间来获得系统的正常运行时间（当然，正常运行时间是单调的！）。

这里有一些代码：

#include <stdio.h>
#include <inttypes.h>
#include <mach/mach_time.h>

int main ( ) {
    uint64_t clockTicksSinceSystemBoot = mach_absolute_time();
    printf("Clock ticks since system boot: %"PRIu64"\n",
        clockTicksSinceSystemBoot
    );

    static mach_timebase_info_data_t timebase;
    mach_timebase_info(&timebase);
    // Cast to double is required to make this a floating point devision,
    // otherwise it would be an interger division and only the result would
    // be converted to floating point!
    double clockTicksToNanosecons = (double)timebase.numer / timebase.denom;

    uint64_t systemUptimeNanoseconds = (uint64_t)(
        clockTicksToNanosecons * clockTicksSinceSystemBoot
    );
    uint64_t systemUptimeSeconds = systemUptimeNanoseconds / (1000 * 1000 * 1000);
    printf("System uptime: %"PRIu64" seconds\n", systemUptimeSeconds);
}

您还可以让线程进入睡眠状态，直到达到某个马赫时间。这里有一些代码：

// Sleep for 750 ns
uint64_t machTimeNow = mach_absolute_time();
uint64_t clockTicksToSleep = (uint64_t)(750 / clockTicksToNanosecons);
uint64_t machTimeIn750ns = machTimeNow + clockTicksToSleep;
mach_wait_until(machTimeIn750ns);

由于Mach Time与任何挂钟时间无关，您可以随意使用系统日期和时间设置，这对马赫时间没有任何影响。

但是，有一个特殊考虑因素可能会使Mach Time不适合某些用例：T 当系统处于睡眠状态时CPU时钟没有运行！所以如果你做了一个线程等待5分钟，1分钟后系统进入睡眠状态并保持睡眠30分钟，系统唤醒后线程仍在等待4分钟，因为30分钟的睡眠时间不计算！在那段时间里，CPU时钟也在休息。然而在其他情况下，这正是你想要发生的事情。

马赫时间也是衡量花费时间的一种非常精确的方法。以下是显示该任务的一些代码：

// Measure time
uint64_t machTimeBegin = mach_absolute_time();
sleep(1);
uint64_t machTimeEnd = mach_absolute_time();
uint64_t machTimePassed = machTimeEnd - machTimeBegin;
uint64_t timePassedNS = (uint64_t)(
    machTimePassed * clockTicksToNanosecons
);
printf("Thread slept for: %"PRIu64" ns\n", timePassedNS);

你会看到线程没有睡一秒钟，因为它需要一些时间让线程进入睡眠状态，再次唤醒它，甚至在醒来时，它赢得了如果当时所有核心都在忙于运行线程，则立即获得CPU时间。

更新（2018-09-26）

由于macOS 10.12（Sierra）也存在mach_continuous_time。 mach_continuous_time和mach_absolute_time之间的唯一区别是，当系统处于睡眠状态时，持续时间也会提前。因此，如果到目前为止这是一个问题并且没有使用Mach Time的原因，10.12及以上就可以解决这个问题。用法与上述完全相同。

同样从macOS 10.9（Mavericks）开始，有mach_approximate_time，而在10.12，还有mach_continuous_approximate_time。这两个与mach_absolute_time和mach_continuous_time完全相同，唯一的区别是它们更快但准确度更低。当内核负责Mach Time时，标准函数需要调用内核。这样的调用有点贵，尤其是在已经有Meltdown修复的系统上。大致的版本不必总是调用内核。他们在用户空间中使用一个时钟，该时钟仅与内核时钟同步，以防止它运行太远而不同步，但总是可能出现小偏差，因此它只是＆＃34;近似＆＃ 34;马赫时间。

OSX上的单调时钟

3 个答案:

更新（2018-09-26）