Linux Winapi Visual C++ Unix Timer

Linuxにおけるgettimeofday()の解像度を理解する：マイクロ秒の精度が保証されているのか？

精密なタイミングを必要とするアプリケーション、例えばゲームやパフォーマンス集約型ソフトウェアを開発する際、タイミング関数の選択はアプリケーションの性能の信頼性に大きく影響する可能性があります。このブログ記事では、開発者が直面する一般的な質問に焦点を当てます：gettimeofday()は本当にマイクロ秒の解像度が保証されているのか？

問題：ポータビリティとタイミングの精度

Win32 APIからLinuxにゲームを移植しようとすると、時間を測定する際の精度が難しくなることがあります。元の実装ではQueryPerformanceCounterを使用しており、高解像度のタイミングを提供しています。この機能を移植する過程で、Unixエポック以降のマイクロ秒単位の時間を提供できるgettimeofday()に目を向けることになります。しかし、この関数を使用することが異なるLinuxシステムでポータブルかつ信頼できるかを理解したいと思っています。

実装の課題

あなたのコードでは、gettimeofday()を使用してQueryPerformanceCounterをエミュレートする以下のメソッドを実装しています：

BOOL QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER* performanceCount)
{
    gettimeofday(&currentTimeVal, NULL);
    performanceCount->QuadPart = (currentTimeVal.tv_sec - startTimeVal.tv_sec);
    performanceCount->QuadPart *= (1000 * 1000);
    performanceCount->QuadPart += (currentTimeVal.tv_usec - startTimeVal.tv_usec);

    return true;
}

このメソッドは、プロセスの起動からのマイクロ秒を保持する64ビット変数を提供しますが、gettimeofday()の制限についてさらに掘り下げることが重要です。

gettimeofday()の解像度についての真実

gettimeofday()の解像度はしばしば誤解されがちです。この関数は時間計測を提供することができますが、重要な注意点があります：

  • 解像度の制限：標準的なLinuxシステムでは、gettimeofday()の解像度は通常10マイクロ秒です。これは、マイクロ秒単位の値を提供することができる一方で、精度が信頼できない可能性があることを意味します。

  • システムの干渉：タイミングは、以下の要因によって影響を受ける可能性があります：

    • 実行中のプロセス：バックグラウンドプロセスがシステムクロックを調整すると、時間がジャンプすることがあります。
    • NTP（ネットワーク時間プロトコル）：設定されている場合、NTPがシステム時間を調整し、gettimeofday()の出力に影響を与える可能性があります。

これらの問題は、元の質問への答えがいいえであることを示唆しています。すべてのシステムにおいて、gettimeofday()は正確で一貫したマイクロ秒測定に頼ることができません。

より良い代替案：clock_gettime()の使用

Linuxアプリケーションにおいてより信頼性のあるタイミングを確保するには、clock_gettime()の使用を検討してください。この関数はgettimeofday()に比べていくつかの利点を提供します：

clock_gettime()の利点

  1. より正確なタイミング：

    • CLOCK_MONOTONICを使用することで、システムクロックの更新の影響を受けない時間を取得でき、時間間隔の測定に最適です。

  2. マルチコアシステムにおける問題の軽減：

    • 複数のプロセッサを持つ環境でのタイミング処理が改善され、外部クロック設定による干渉を最小限に抑えます。

次のステップ：clock_gettime()の実装

gettimeofday()を置き換えるために、タイミング関数を次のように書き換えることができます：

#include <time.h>

BOOL QueryPerformanceCounter(LARGE_INTEGER* performanceCount)
{
    struct timespec ts;
    clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts);
    performanceCount->QuadPart = ts.tv_sec * 1000000 + ts.tv_nsec / 1000; // マイクロ秒に変換

    return true;
}

追加リソース

より詳細な情報を得るには、clock_gettime()のマニュアルページをチェックしてください。利用可能なさまざまなクロックとその使用法が詳述されています：clock_gettime()のマニュアルページ。

結論

クロスプラットフォームアプリケーションやゲームを開発する際には、タイミング関数の制限を理解することが重要です。gettimeofday()は現在の時間を取得するための一般的な選択肢であるかもしれませんが、その信頼性は特定の状況下で揺らぐ可能性があります。clock_gettime()を採用することで、これらの問題の多くを軽減し、パフォーマンスに敏感なアプリケーションに不可欠な一貫したタイミング動作を確保することができます。

gettimeofday()の使用の複雑さとclock_gettime()に切り替える利点を理解した今、Linux移植プロジェクトに対して情報に基づいた決定を下すことができます。