为啥微秒时间戳使用（私有）gettimeoftheday（）重复，即纪元

Posted 2023-03-24

【中文标题】为啥微秒时间戳使用（私有）gettimeoftheday（）重复，即纪元

【英文标题】：Why is microsecond timestamp is repetitive using (a private) gettimeoftheday() i.e. epoch为什么微秒时间戳使用（私有）gettimeoftheday（）重复，即纪元

【发布时间】：2012-10-21 22:50:30

【问题描述】：

我正在使用 gettimeofday() 连续打印微秒。正如程序输出中给出的那样，您可以看到时间不是更新微秒间隔，而是重复某些样本，然后增量不是以微秒为单位，而是以毫秒为单位。

while(1)

  gettimeofday(&capture_time, NULL);
  printf(".%ld\n", capture_time.tv_usec);

程序输出：

.414719
.414719
.414719
.414719
.430344
.430344
.430344
.430344

 e.t.c

我希望输出按顺序递增，

.414719
.414720
.414721
.414722
.414723

或

.414723, .414723+x, .414723+2x, .414723 +3x + ...+ .414723+nx

当我从 capture_time.tv_usec 获取微秒时，它似乎没有刷新。

================================== //完整程序

#include <iostream>
#include <windows.h>
#include <conio.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>

#if defined(_MSC_VER) || defined(_MSC_EXTENSIONS)
  #define DELTA_EPOCH_IN_MICROSECS  11644473600000000Ui64
#else
  #define DELTA_EPOCH_IN_MICROSECS  11644473600000000ULL
#endif

struct timezone 

  int  tz_minuteswest; /* minutes W of Greenwich */
  int  tz_dsttime;     /* type of dst correction */
;

timeval capture_time;  // structure

int gettimeofday(struct timeval *tv, struct timezone *tz)

  FILETIME ft;
  unsigned __int64 tmpres = 0;
  static int tzflag;

  if (NULL != tv)
  
    GetSystemTimeAsFileTime(&ft);

    tmpres |= ft.dwHighDateTime;
    tmpres <<= 32;
    tmpres |= ft.dwLowDateTime;

    /*converting file time to unix epoch*/
    tmpres -= DELTA_EPOCH_IN_MICROSECS; 
    tmpres /= 10;  /*convert into microseconds*/
    tv->tv_sec = (long)(tmpres / 1000000UL);
    tv->tv_usec = (long)(tmpres % 1000000UL);
  

  if (NULL != tz)
  
    if (!tzflag)
    
      _tzset();
      tzflag++;
    

    tz->tz_minuteswest = _timezone / 60;
    tz->tz_dsttime = _daylight;
  

  return 0;


int main()

   while(1)
       
    gettimeofday(&capture_time, NULL);     
    printf(".%ld\n", capture_time.tv_usec);// JUST PRINTING MICROSECONDS    
       

【问题讨论】：

我假设您拥有一台可以每秒执行大量指令的现代计算机（实际上是毫秒 - 提示），也许您应该看看精度更高的计时器？

您的问题有点令人困惑，因为它实际上谈论的不是 POSIX 标准 gettimeofday 函数，而是 Win32 API 调用 (msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/…)。请编辑您的问题和标题以反映您正在谈论的问题。另请注意，这些都不能保证它们的时钟分辨率。

嘿，你为什么不试试硬件时钟。检查 MSDN 上的 QueryPerformanceFrequency 、 QueryPerformanceCounter 函数。一个链接：msdn.microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/…

它以 15.625 毫秒或 1/64 秒为增量，这是 Windows 机器上的常用时钟中断率。您永远无法获得稳定的递增值，printf() 需要的时间超过一微秒。

@Mat: 1st: 您的 msdn 链接没有内容。第二：Osaid 建立了一个private gettimeofday，虽然很奇怪。但它似乎清晰的窗口（包括）。

【参考方案1】：

您观察到的时间变化是 0.414719 秒到 0.430344 秒。差异为 15.615 毫秒。数字的表示是微秒这一事实不意味着它增加了 1 微秒。事实上，我预计 15.625 毫秒。这是标准硬件上的系统时间增量。我仔细观察了here 和here。 这称为系统时间的粒度。

Windows：

但是，有一种方法可以改善这种情况，一种降低粒度的方法：Multimedia Timers。特别是Obtaining and Setting Timer Resolution 将公开一种增加系统中断频率的方法。

代码：

#define TARGET_PERIOD 1         // 1-millisecond target interrupt period


TIMECAPS tc;
UINT     wTimerRes;

if (timeGetDevCaps(&tc, sizeof(TIMECAPS)) != TIMERR_NOERROR) 
// this call queries the systems timer hardware capabilities
// it returns the wPeriodMin and wPeriodMax with the TIMECAPS structure

  // Error; application can't continue.


// finding the minimum possible interrupt period:

wTimerRes = min(max(tc.wPeriodMin, TARGET_PERIOD ), tc.wPeriodMax);
// and setting the minimum period:

timeBeginPeriod(wTimerRes); 

这将强制系统以最大中断频率运行。作为结果 系统时间的更新也会更频繁，在大多数系统上系统时间增量的粒度为close to 1 milisecond。

当您应该得到超出此范围的分辨率/粒度时，您必须查看QueryPerformanceCounter。但是，在较长时间内使用它时要小心使用。此计数器的频率可以通过调用QueryPerformanceFrequency 获得。操作系统将此频率视为常数，并将始终给出相同的值。但是，某些硬件会产生此频率，并且真实频率与给定值不同。它有一个偏移量，并显示出热漂移。因此，应假定误差在几微秒到几微秒/秒的范围内。有关这方面的更多详细信息，请参见上面的第二个“此处”链接。

Linux：

Linux 的情况看起来有些不同。请参阅this 了解一下。 Linux 使用函数getnstimeofday（自纪元以来的秒数）混合CMOS时钟的信息和使用函数timekeeping_get_ns的高频计数器（微秒）的信息。这不是微不足道的，并且在准确性方面值得怀疑，因为这两个来源都由不同的硬件支持。这两个源没有锁相，因此每秒可能多于/少于一百万微秒。

【讨论】：

我明白以微秒为单位的表示并不代表以微秒为单位的增量。我将研究粒度方面。

@Osaid：只需使用我提供的代码here 调查GetSystemTimeAsFileTime 的粒度即​​可。

令人毛骨悚然的是，Winpcap（PacketCapture 库）成功地使用了 epoch 并为捕获的数据包获得了高达一微秒的准确时间，尽管粒度很细。我已经成功地使用它的 (header->ts.tv_usec) 来实现我的时间戳目标，并通过并行运行 wireshark 进行了验证。两个时间都以 2 微秒的恒定间隔相匹配。

@Osaid：时间戳，例如在pcap_next_ex(...)的头参数中返回的时间戳由适配器填充。没有适配器就无法运行 pcap。 因此：如果有提供更好分辨率的硬件，您可能会获得更好的分辨率。提示：有许多可用于 PC 的高分辨率硬件时钟。例如GPS cards 可以提供 20ns 的精度。

@Osaid：我们通常认为系统时间更新是定期发生的。这是错误的。有些系统的中断周期与时间增量不匹配。在这些情况下，应用复杂的算法来查找拍频并对其进行校正，有时通过不同的时间增量，有时通过其中两个进行。另外：当系统时间调整发生时，增量会有所不同。有关系统时间调整的更多详细信息，请参阅GetSystemTimeAdjustment。

【参考方案2】：

Windows 系统时钟仅每隔几毫秒计时一次 - 在您的情况下每秒 64 次，因此当它计时时，系统时间会增加 15.625 毫秒。

解决方案是使用比系统时间更高分辨率的计时器 (QueryPerformanceCounter)。

但是，您仍然看不到 .414723、.414723+x、.414723+2x、.414723 +3x + ...+ .414723+nx，因为您的代码不会在每个 x 中运行一次微秒。它会尽可能快地运行，但没有什么特别的理由应该始终保持恒定速度，或者如果是，那么它就是整数微秒。

【讨论】：

好的，谁能告诉我 31249 us 和 15625 us 一样有什么意义？

【参考方案3】：

我建议你查看 C++11 <chrono> 标头。

high_resolution_clock (C++11) 可用时钟周期最短的时钟

这里提到的tick period是时钟更新的频率。如果我们查看more details：

template<
     class Rep,
     class Period = std::ratio<1>
> class duration;

类模板std::chrono::duration代表一个时间间隔。

它由 Rep 类型的滴答计数和滴答周期组成，其中滴答周期是编译时有理常数，表示从一个滴答到下一个滴答的秒数。 p>

以前，像 gettimeofday 这样的函数会给你一个以微秒表示的时间，但是它们完全无法告诉你刷新这个时间表达式的时间间隔。

在 C++11 标准中，此信息现在是明确的，以明确表示时间的单位与滴答周期之间没有关系。因此，您绝对需要将两者都考虑在内。

tick 周期在您想要测量接近它的持续时间时非常重要。如果您希望测量的持续时间低于刻度周期，那么您将像观察到的那样“离散地”测量它：0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1, ...我建议在这一点上谨慎。

【参考方案4】：

这是因为运行您的代码的进程并不总是计划执行。

虽然它确实如此，但它会快速循环，每微秒打印多个值 - 这在现代 CPU 上是一个相对较长的时间段。

在某些时间段内，系统没有安排它执行，因此无法打印值。

如果您希望每微秒执行一次，这可能通过一些在高性能硬件上运行的实时操作系统来实现。

【讨论】：

感谢您的及时回复。我不想每微秒执行一个进程，但我希望以微秒为单位从系统实时更新 TIME，以便我可以将其用作时间戳。

我们可以看到，Wire Shark 在 Windows PC 上运行时确实显示了长达纳秒（数据包时间戳）的时间。

抱歉，这个答案没有解释观察到的行为。