浅析Linux中的时间编程和实现原理（一） Linux应用层的时间编程

时间的测量

有时候我们要计算某段程序执行的时间，比如需要对算法进行时间分析。基本的实现思路为在被测试代码的开始和结束的地方获取当时时间，相减后得到相对值，即所需要的统计时间。为了实现高精度的时间测量，必须使用高精度的时间获取方式，一般有两种方法：

系统调用 gettimeofday

汇编指令 RDTSC。

gettimeofday

可以使用 gettimeofday() 函数进行时间测量，其精度在 us 级别，可以用来做一般的时间分析。

gettimeofday() 将时间保存在结构 tv 之中。gettimeofday() 的第二个参数代表时区，在 Linux 中已经废弃不用，只能用 NULL 传入。一个典型的例子程序如下：

清单 6，gettimeofday 例子程序

void function() 
{ 
 unsigned int i,j; 
 double y; 
 for(i=0;i<1000;i++) 
 for(j=0;j<1000;j++) 
 y=sin((double)i); //耗时操作
} 
      
main() 
{ 
 struct timeval tpstart,tpend; 
 float timeuse; 
      
 gettimeofday(&tpstart,NULL); //记录开始时间戳
 function(); 
 gettimeofday(&tpend,NULL); //记录结束时间戳
 timeuse = 1000000*(tpend.tv_sec-tpstart.tv_sec)+ 
tpend.tv_usec-tpstart.tv_usec; //计算差值
 timeuse /= 1000000; 
 printf("Used Time:%fn",timeuse); 
 exit(0); 
}

这个程序输出函数的执行时间，我们可以使用这个来进行系统性能的测试，或者是函数算法的效率分析。在我个人机器上的输出结果是：Used Time:0.556070

RDTSC

gettimeofday() 是一个系统调用，在某些场合下频繁调用它是不合适的。比如性能要求很高的代码段内。因为 gettimeofday() 需要用户态/内核态切换，开销较大。Intel X86 处理器提供了 TSC 硬件，并且可以用非特权指令 rdtsc 来读取该硬件的时间值，这就避免了过度的内核用户态切换。

如何使用 RDTSC

参考下面的例子代码，采用 GCC 的汇编扩展，定义 rdtsc 的函数，它返回当前时间戳。

#define rdtsc(low,high) __asm__

__volatile__("rdtsc" : "=a" (low), "=d" (high))

在 C 代码中使用 rdtsc 十分简单。比如：

清单 7，RDTSC 例子程序

unsigned long long get_cycles()
{
    unsigned low, high;
    unsigned long long val;
    rdtsc(low,high);
    val = high;
val = (val << 32) | low; //将 low 和 high 合成一个 64 位值
    return val;
}
      
double get_cpu_mhz(void)
{
    FILE* f;
    char buf[256];
    double mhz = 0.0;
      
f = fopen("/proc/cpuinfo","r"); //打开 proc/cpuinfo 文件
    if (!f)
        return 0.0;
    while(fgets(buf, sizeof(buf), f)) {
        double m;
        int rc;
rc = sscanf(buf, "cpu MHz : %lf", &m); //读取 cpu MHz
        if (mhz == 0.0) {
            mhz = m;
            break;
        }
    }
    fclose(f);
return mhz; //返回 HZ 值
}
      
int main()
{
    double mhz;
    mhz = get_cpu_mhz();
    cycles_t c1, c2;
      
    for(;;)
    {
        c1 = get_cycles(); 
        sleep(1);
        c2 = get_cycles();
 //c2 和 c1 的差值应该为 1000000us，即 1 秒
        printf("1 sec = %g usecn", (c2 - c1) / mhz); 
    }
}

函数 get_cycles 将返回 64 位整数，代表当前时间，单位是 CPU 的 cycle 数。函数 get_cpu_mhz 获得当前 CPU 的工作频率。用两个 CPU cycle 的差值除以 CPU 频率，就是微妙。

但 RDTSC 只能在 IA 系列处理器上使用。而且由于处理器的乱序执行，RDTSC 有些情况下并不准确，在 SMP 下使用 RDTSC 也有一定的问题。但这些问题只有在需要极高时间精度的情况下才会出现，对于一般的时间测量要求，采用 RDTSC 是一个可以考虑的选择。

（编辑：应用网_丽江站长网）

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