POSIX时钟

Question

在尝试构建一个对延迟敏感的应用程序时，需要每秒发送100条消息，每条消息都有时间字段，我们要考虑优化gettimeofday。首先想到的是基于rdtsc的优化。有什么想法吗？还有其他指针吗？返回的时间值所需的准确度以毫秒为单位，但如果该值偶尔与接收器不同步1-2毫秒，则不是很大。试图比62纳秒gettimeofday做得更好

Answer 1

POSIX时钟

我为POSIX时钟源写了一个基准：

time（s）=＆gt; 3个周期
ftime（ms）=＆gt; 54个周期
gettimeofday（us）=＆gt; 42个周期
clock_gettime（ns）=＆gt; 9个周期（CLOCK_MONOTONIC_COARSE）
clock_gettime（ns）=＆gt; 9个周期（CLOCK_REALTIME_COARSE）
clock_gettime（ns）=＆gt; 42个周期（CLOCK_MONOTONIC）
clock_gettime（ns）=＆gt; 42个周期（CLOCK_REALTIME）
clock_gettime（ns）=＆gt; 173个周期（CLOCK_MONOTONIC_RAW）
clock_gettime（ns）=＆gt; 179个周期（CLOCK_BOOTTIME）
clock_gettime（ns）=＆gt; 349个周期（CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID）
clock_gettime（ns）=＆gt; 370个周期（CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID）
rdtsc（cycles）=＆gt; 24个周期

这些数字来自Linux 4.0上的Intel Core i7-4771 CPU @ 3.50GHz。这些测量是使用TSC寄存器进行的，每个时钟方法运行数千次，并采用最低成本值。

您希望在要运行的计算机上进行测试，但这些计算机的实现方式因硬件和内核版本而异。代码可以找到here。它依赖于TSC寄存器进行循环计数，该寄存器位于相同的仓库中（tsc.h）。

TSC

访问TSC（处理器时间戳计数器）是时间最准确，最便宜的方式。通常，这是内核自己使用的内容。它在现代英特尔芯片上也非常简单，因为TSC在内核之间同步，不受频率调整的影响。因此它提供了一个简单的全球时间源。您可以查看使用它here的示例以及汇编代码here的演练。

这个问题的主要问题（可移植性除外）似乎没有一个好的方法可以从周期到纳秒。英特尔文档据我所知，TSC以固定频率运行，但该频率可能与处理器规定的频率不同。英特尔似乎没有提供可靠的方法来确定TSC频率。 Linux内核似乎通过测试两个硬件定时器之间出现的TSC周期数来解决这个问题（参见here）。

的Memcached

Memcached很想做缓存方法。它可能只是为了确保跨平台的性能更具可预测性，或者使用多个内核进行更好的扩展。它也可能不值得进行优化。

Answer 2

您是否真的进行了基准测试，发现gettimeofday速度慢得令人无法接受？

以每秒100条消息的速率，每条消息有10毫秒的CPU时间。如果你有多个核心，假设它可以完全并行化，你可以轻松地将其增加4-6倍 - 每条消息40-60毫秒！ gettimeofday的成本不太可能接近10毫秒 - 我怀疑它更像1-10微秒（在我的系统上，微基准测试它给每个呼叫大约1微秒 - try it for yourself）。您的优化工作将更好地用于其他地方。

虽然使用TSC是一个合理的想法，但现代Linux已经有userspace TSC-based gettimeofday - 在可能的情况下，vdso将引入应用偏移的gettimeofday实现（从共享内核用户内存段读取）到rdtsc的值，从而计算一天中没有进入内核的时间。但是，某些CPU型号没有在不同内核或不同软件包之间同步的TSC，因此最终可能会被禁用。如果您想要高性能计时，您可能首先要考虑查找具有同步TSC的CPU模型。

那就是说，如果你愿意牺牲大量的分辨率（你的时间只能精确到最后一个滴答，意味着它可以关闭几十毫秒），你可以使用CLOCK_MONOTONIC_COARSE or CLOCK_REALTIME_COARSE clock_gettime。这也是用vdso实现的，并且保证不会调用内核（对于最近的内核和glibc）。

Answer 3

就像bdonian所说，如果你每秒只发送几百条消息，那么gettimeofday就会足够快。

但是，如果您每秒发送数百万条消息，则可能会有所不同（但您仍应衡量它是一个瓶颈）。在这种情况下，您可能需要考虑这样的事情：

有一个全局变量，以您所需的准确度给出当前时间戳
有一个专用的后台线程，除了更新时间戳之外什么都不做（如果时间戳应该每T个单位更新一次，那么让线程休眠一小部分T然后更新时间戳;如果需要，使用实时功能到）
所有其他线程（或者主进程，如果你不使用线程），只读取全局变量

如果C语言大于sig_atomic_t，则不保证您可以读取时间戳值。您可以使用锁定来处理它，但锁定很重。相反，您可以使用volatile sig_atomic_t类型变量来索引时间戳数组：后台线程更新数组中的下一个元素，然后更新索引。其他线程读取索引，然后读取数组：它们可能会得到一点点过时的时间戳（但下次它们会得到正确的时间戳），但它们不会遇到问题，因为它们会读取时间戳。在更新的同时，获取旧值的一些字节和一些新值。

但是这一切对于每秒数百条消息来说太过分了。

Answer 4

以下是基准。我看到约30ns。来自rashad How to get current time and date in C++?

的printTime（）

#include <string>
#include <iostream>
#include <sys/time.h>
using namespace std;

void printTime(time_t now)
{
    struct tm  tstruct;
    char       buf[80];
    tstruct = *localtime(&now);
    strftime(buf, sizeof(buf), "%Y-%m-%d.%X", &tstruct);
    cout << buf << endl;
}

int main()
{
   timeval tv;
   time_t tm;

   gettimeofday(&tv,NULL);
   printTime((time_t)tv.tv_sec);
   for(int i=0; i<100000000; i++)
        gettimeofday(&tv,NULL);
   gettimeofday(&tv,NULL);
   printTime((time_t)tv.tv_sec);

   printTime(time(NULL));
   for(int i=0; i<100000000; i++)
        tm=time(NULL);
   printTime(time(NULL));

   return 0;
}

对于100,000,000个电话或30ns，

3秒;

2014-03-20.09:23:35
2014-03-20.09:23:38
2014-03-20.09:23:38
2014-03-20.09:23:41

Answer 5

您需要毫秒精度吗？如果不是，您可以简单地使用time()并处理unix时间戳。

更快相当于gettimeofday

5 个答案:

POSIX时钟

TSC

的Memcached