如何以微秒精度计算操作时间

Posted 2023-02-17

【中文标题】如何以微秒精度计算操作时间

【英文标题】：How to calculate a operation's time in micro second precision

【发布时间】：2010-05-13 13:03:56

【问题描述】：

我想在 Windows 平台上以微秒精度计算函数的性能。

现在 Windows 本身具有毫秒粒度，那么我该如何实现呢。

我尝试了以下示例，但没有得到正确的结果。

LARGE_INTEGER ticksPerSecond = 0;
LARGE_INTEGER tick_1 = 0;
LARGE_INTEGER tick_2 = 0;
double uSec = 1000000;

// Get the frequency
QueryPerformanceFrequency(&ticksPerSecond);

//Calculate per uSec freq
double uFreq = ticksPerSecond.QuadPart/uSec;

// Get counter b4 start of op
QueryPerformanceCounter(&tick_1);

// The ope itself
Sleep(10);

// Get counter after opfinished
QueryPerformanceCounter(&tick_2);

// And now the op time in uSec
double diff = (tick_2.QuadPart/uFreq) - (tick_1.QuadPart/uFreq);

【问题讨论】：

你得到什么结果做？请注意，Sleep 不能保证在指定的时间内完全休眠；使用例如Sleep(1000) 睡一秒钟，这样你就可以自己检查它是否在做或多或少正确的事情。

默默数数自己真的很快。

【参考方案1】：

在循环中运行该操作一百万次左右，然后将结果除以该数字。这样，您将获得那么多执行的平均执行时间。由于多任务和诸如此类的原因，对一个非常快速的操作进行一次（甚至一百次）执行计时是非常不可靠的。

【讨论】：

注意：如果操作足够快，循环本身可能会占用您所关心的部分时间。请记住这一点。

缓存会生效，如果你循环它会加速操作

循环 1M 次与它将运行的秒数相比算不了什么。如果你想测量纳秒，那就另当别论了。哦，只需使用秒表;-)

【参考方案2】：

编译它 查看汇编输出 计算函数中每条指令的数量 在目标处理器上应用每条指令的周期 以循环计数结束 乘以您运行的时钟速度 应用任意比例因子来解决缓存未命中和分支错误预测，哈哈

（这个答案我会被否决）

【讨论】：

不反对，我只是注意到最后一行（缓存未命中和分支错误预测）几乎会破坏您迄今为止获得的 cpu 周期的非常仔细的计数：p

+1 好笑。但是，如果你是认真的，这是一个糟糕的建议。作为讽刺，这是一个很好的例子，说明了为什么选择马蒂的答案。

投反对票？不是我。事实上，我曾经这样做过。但是，现在缓存它并没有真正起作用。所以我推荐 run-it-a-million-times 方法。

根据您的架构，这是一种完全有效且准确的方法。并非所有处理器都有缓存、分支预测或多任务处理。虽然，我注意到每条指令的周期数可能是可变的，即使取决于参数......

【参考方案3】：

不，您可能得到了准确的结果，QueryPerformanceCounter() 适用于短时间间隔。问题是您对 Sleep() 的准确性的期望。它的分辨率为 1 毫秒，但精度要差得多。在大多数 Windows 机器上不超过 15.625 毫秒。

要获得接近 1 毫秒的时间，您必须先致电 timeBeginPeriod(1)。这可能会改善匹配，忽略 Windows 作为多任务操作系统会带来的抖动。

【讨论】：

或将 select 与伪造的 fd 一起使用以获得更准确的“睡眠”

【参考方案4】：

如果您这样做是为了离线分析，一个非常简单的方法是运行该函数 1000 次，测量到最接近的毫秒并除以 1000。

【参考方案5】：

要获得比 1 毫秒更精细的分辨率，您必须查阅操作系统文档。可能有 API 可以获取微秒分辨率的计时器分辨率。如果是这样，请多次运行您的应用程序并取平均值。

【讨论】：

有。它被称为QueryPerformanceCounter。正如 OP 所说的那样。

【参考方案6】：

我喜欢 Matti Virkkunen 的回答。检查时间，大量调用函数，完成时检查时间，除以调用函数的次数。他确实提到您可能由于操作系统中断而关闭。您可能会改变拨打电话的次数并看到差异。你能提高进程的优先级吗？你能在一个单一的操作系统时间片内得到所有的调用吗？

由于您不知道操作系统何时将您换出，您可以将所有这些都放在一个更大的循环中以进行大量次整个测量，并保存最小的数字，因为那是具有最少的操作系统中断。这仍然可能大于函数执行的实际时间，因为它可能仍然包含一些操作系统中断。

【参考方案7】：

桑吉特，

看起来（在我看来）您的做法完全正确。 QueryPerformanceCounter 是一种高精度测量短时间的完美方法。如果您没有看到预期的结果，很可能是因为睡眠时间没有达到您预期的时间！但是，它很可能被正确测量。

我想回到您最初的问题，即如何以微秒精度测量 windows 上的时间。如您所知，高性能计数器（即 QueryPerformanceCounter）以 QueryPerformanceFrequency 报告的频率“滴答”。这意味着您可以测量时间的精度等于：

1/频率秒

在我的机器上，QueryPerformanceFrequency 报告 2337910（计数/秒）。这意味着我的计算机的 QPC 可以以 4.277e-7 秒或 0.427732 微秒的精度进行测量。 这意味着我可以测量的最小时间是 0.427732 微秒。当然，这会为您提供最初要求的精度 :) 您的机器频率应该相似，但您始终可以进行数学计算并检查它。

【参考方案8】：

或者您可以使用 gettimeofday()，它为您提供一个 timeval 结构，它是一个时间戳（低至 µs）