如何以微秒精度计算操作时间

Question

我想在Windows平台上以微秒精度计算函数的性能。

现在Windows本身的时间精度是毫秒级别的，那么我该如何实现呢？

我尝试了下面的示例，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);

- Sanjeet Daga

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你会得到什么结果？请注意，“Sleep”不能保证精确地休眠指定的时间；使用例如“Sleep（1000）”来休眠一秒钟，这样你就可以自行检查它是否在做更多或更少的正确事情。 - Thomas

默默地数到自己真的很快。 - San Jacinto

Answer 1

将操作在循环中执行一百万次左右，然后将结果除以该数字。这样，您可以获得那么多次执行的平均执行时间。由于多任务等原因，对非常快速的操作进行一次（甚至一百次）定时非常不可靠。

- Matti Virkkunen

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注意：如果操作足够快，循环本身可能会占用您关注的一部分时间。请将此作为一个问题牢记在心。 - Brian

如果您对其进行循环操作，缓存将生效并加快操作速度。 - PiNoYBoY82

循环1M次与它运行的秒数相比微不足道。如果你想测量纳秒，那就是另一回事了。哦，只需使用秒表;-) - phkahler

Answer 2

• 编译它
• 查看汇编输出
• 计算您的函数中每个指令的数量
• 应用目标处理器上的每个指令的周期数
• 得出一个周期计数
• 乘以您运行的时钟速度
• 应用任意缩放因子来解决缓存未命中和分支错误预测问题 lol

（哇，我肯定会被踩的）

- vicatcu

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不打算点踩，只是想指出最后一行（缓存未命中和分支预测失败）基本上破坏了你到目前为止得到的非常仔细的CPU周期计数:p - Matthieu M.

+1好笑。然而，如果您是认真的，这是可怕的建议。作为讽刺，这是选择Matti答案的很好例子。 - deft_code

踩负评？不是我干的。实际上，我曾经这样做过。但是，现在有了缓存，它并不真正起作用。因此，我建议使用“运行一百万次”方法。 - Mike Dunlavey

根据您的架构，这是一种完全有效和准确的方法。并非所有处理器都具有缓存、分支预测或多任务处理能力。尽管如此，我想指出每条指令的周期数可能是可变的，甚至取决于参数... - Nathan Ernst

Answer 3

不，你可能得到了准确的结果，QueryPerformanceCounter()函数在计时短时间间隔方面效果很好。问题在于你对Sleep()函数精度的期望过高。它的分辨率为1毫秒，精度远远不如它。在大多数Windows机器上，精度不超过约15.625毫秒。

要想使其接近1毫秒，你需要先调用timeBeginPeriod(1)函数。这可能会提高匹配度，但忽略了Windows作为多任务操作系统所带来的抖动。

- Hans Passant

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使用选择器和虚假的文件描述符来获取更准确的“睡眠”时间。 - PiNoYBoY82

Answer 4

如果您正在进行离线分析，一种非常简单的方法是运行该函数1000次，测量最接近的毫秒数并除以1000。

- Wim

Answer 5

要获得比1毫秒更精细的分辨率，您将需要查阅操作系统文档。可能会有API以微秒分辨率获取计时器分辨率。如果有的话，请多次运行您的应用程序并取平均值。

- Thomas Matthews

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有的。它叫做QueryPerformanceCounter，就像OP所提到的那样。 - Alan

Answer 6

我喜欢Matti Virkkunen的回答。检查时间，调用函数多次，完成后再次检查时间，然后除以调用函数的次数。他提到由于操作系统中断可能会导致误差。您可以改变调用函数的次数并观察差异。您能否提高进程的优先级？您能否使所有调用在单个操作系统时间片内完成？

由于您不知道操作系统何时会将您交换出去，因此可以将所有内容放入一个更大的循环中，以进行大量测量，并保存最小值，因为这是中断最少的那个。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。

- Jim Tshr

Answer 7

Sanjeet，

看起来你做得非常正确。QueryPerformanceCounter是一种完全可以用来测量短时间内高精度的方法。如果你没有看到预期的结果，那很可能是因为sleep并没有按照你预期的时间睡眠！但是，它很可能被正确地测量了。

我想回到你最初关于如何在Windows上以微秒精度测量时间的问题。正如你已经知道的那样，高性能计数器（即QueryPerformanceCounter）“滴答”频率由QueryPerformanceFrequency报告。这意味着你可以用以下精度来测量时间：

1/频率秒

在我的机器上，QueryPerformanceFrequency报告2337910（计数/秒）。这意味着我的电脑的QPC可以精确测量4.277e-7秒，或0.427732微秒。这意味着我可以测量的最小时间单位是0.427732微秒。当然，这就给了你最初要求的精度 :) 你的机器频率应该类似，但你可以进行计算和检查。

- Matt

Answer 8

或者你可以使用gettimeofday()函数，它会给你一个timeval结构体，其中包含一个时间戳（精确到微秒）

- MounirReg