Question

我想用一个std::chrono时钟来测量一段代码的持续时间，但是似乎无法测量持续几纳秒的时间。该程序：

#include <cstdio>
#include <chrono>

int main() {
    using clock = std::chrono::high_resolution_clock;

    // try several times
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        // two consequent now() here, one right after another without anything in between
        printf("%dns\n", (int)std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(clock::now() - clock::now()).count());
    }
    return 0;
}

总是给我大约100-300ns。这是因为两个系统调用吗？是否可以减少两个now（）之间的持续时间？谢谢！

环境：Linux Ubuntu 18.04，内核4.18，平均负载低，stdlib是动态链接的。

Answer 1

如果要测量非常快速的代码段的持续时间，通常最好将它们运行多次并取所有运行的平均时间，那么您提到的〜200ns可以忽略不计，因为它们分布在全部运行。

示例：

#include <cstdio>
#include <chrono>
using clock = std::chrono::high_resolution_clock;

auto start = clock::now();
int n = 10000; // adjust depending on the expected runtime of your code
for (unsigned int i = 0; i < n; ++i)
    functionYouWantToTime();
auto result =
    std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(start - clock::now()).count() / n;

Answer 2

使用rdtsc指令以最高分辨率和最少开销测量时间：

#include <iostream>
#include <cstdint>

int main() {
    uint64_t a = __builtin_ia32_rdtsc();
    uint64_t b = __builtin_ia32_rdtsc();
    std::cout << b - a << " cpu cycles\n";
}

输出：

19 cpu cycles

要将周期转换为纳秒，将周期除以以GHz为单位的基本CPU频率。例如，对于4.2GHz i7-7700k除以4.2。

TSC是CPU中所有内核共享的全局计数器。

现代CPU具有恒定的TSC，无论当前CPU的频率和升压如何，TSC的跳动速率均相同。在constant_tsc，/proc/cpuinfo字段中查找flags。

还请注意，__builtin_ia32_rdtsc比内联程序集更有效，请参见https://gcc.gnu.org/bugzilla/show_bug.cgi?id=48877

Answer 3

请勿将时钟用于纳秒基准。取而代之的是使用CPU滴答声-在足够现代的任何硬件上，只要担心纳秒级，CPU滴答声都是单调的，稳定的并且在内核之间是同步的。

不幸的是，C ++没有公开CPU时钟，因此您必须直接使用RDTSC指令（可以将其很好地包装在内联函数中，也可以使用编译器的内在函数）。如果您愿意（通过使用CPU频率），CPU滴答的差异也可以转换为时间，但是通常对于这样的低延迟基准，没有必要。

随后的两个std :: chrono :: high_resolution_clock :: now（）相差约270ns

3 个答案: