การเข้าใจความละเอียดของ gettimeofday() ในลินุกซ์: มันถูกการันตีว่าจะมีความแม่นยำเป็นไมโครวินาทีหรือไม่?

เมื่อพัฒนาแอปพลิเคชันที่ต้องการการจับเวลาอย่างแม่นยำ เช่น เกมหรือซอฟต์แวร์ที่มีความต้องการด้านประสิทธิภาพสูง การเลือกฟังก์ชันการจับเวลาอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อความเชื่อถือได้ของประสิทธิภาพของแอปพลิเคชัน ในบล็อกโพสต์นี้เราจะมาดูคำถามที่พบนั้นโดยนักพัฒนา: gettimeofday() ถูกการันตีว่าจะมีความละเอียดเป็นไมโครวินาทีหรือไม่?

ปัญหา: ความสามารถในการพกพาและความแม่นยำในการจับเวลา

เมื่อคุณพยายามที่จะพอร์ตเกมจาก Win32 API ไปยังลินุกซ์ ความแม่นยำในการวัดเวลาก็อาจกลายเป็นเรื่องยาก การทำงานต้นฉบับใช้ QueryPerformanceCounter ซึ่งให้การจับเวลาที่มีความละเอียดสูง ในกระบวนการพอร์ตฟังก์ชันนี้คุณหันไปใช้ gettimeofday() ซึ่งสามารถให้เวลาที่เป็นไมโครวินาทีตั้งแต่ยุคยูนิกซ์ อย่างไรก็ตาม คุณต้องการที่จะเข้าใจว่าสามารถพกพาและเชื่อถือได้ข้ามระบบลินุกซ์ต่าง ๆ หรือไม่

ความท้าทายในการดำเนินการ

ในโค้ดของคุณ คุณได้ดำเนินการใช้วิธีการต่อไปนี้เพื่อใช้ gettimeofday() เพื่อเลียนแบบ QueryPerformanceCounter:

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;
}

ในขณะที่วิธีนี้ให้ตัวแปร 64 บิตที่เก็บไมโครวินาทีตั้งแต่เริ่มต้นโปรเซส แต่ก็เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องตรวจสอบข้อจำกัดของ gettimeofday() ให้ลึกซึ้งกว่านี้

ความจริงเกี่ยวกับความละเอียดของ gettimeofday()

ความละเอียดของ gettimeofday() มักถูกเข้าใจผิด ฟังก์ชันนี้สามารถให้การวัดเวลาได้ แต่มีข้อควรระวังที่สำคัญ:

• ข้อจำกัดของความละเอียด: ในระบบลินุกซ์มาตรฐาน ความละเอียดของ gettimeofday() โดยทั่วไปคือ 10 ไมโครวินาที ซึ่งหมายความว่าแม้มันจะสามารถให้ค่าเป็นไมโครวินาที แต่ความแม่นยำอาจไม่เชื่อถือได้
• การรบกวนจากระบบ: การจับเวลาอาจได้รับผลกระทบจากปัจจัยต่าง ๆ เช่น:
  • โปรเซสที่กำลังทำงาน: โปรเซสเบื้องหลังที่ปรับนาฬิกาของระบบสามารถทำให้เวลาเกิดการกระโดด
  • NTP (Network Time Protocol): หากกำหนดค่า NTP สามารถปรับเวลาของระบบ ซึ่งส่งผลต่อผลลัพธ์ของ gettimeofday()

ปัญหาเหล่านี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าคำตอบสำหรับคำถามเดิมคือ ไม่ gettimeofday() ไม่สามารถเชื่อถือได้สำหรับการวัดเวลาไมโครวินาทีที่แม่นยำและสม่ำเสมอในทุกระบบ

ทางเลือกที่ดีกว่า: การใช้ clock_gettime()

เพื่อให้แน่ใจว่าการจับเวลาในแอปพลิเคชันลินุกซ์ของคุณมีความเชื่อถือได้มากขึ้น ควรพิจารณาการใช้ clock_gettime() ฟังก์ชันนี้มีข้อดีหลายอย่างเมื่อเปรียบเทียบกับ gettimeofday():

ข้อดีของ clock_gettime()

1. การจับเวลาที่แม่นยำมากขึ้น:

   • คุณสามารถใช้ CLOCK_MONOTONIC เพื่อให้ได้เวลาที่ไม่ถูกเปลี่ยนแปลงจากการอัปเดตนาฬิกาของระบบ ซึ่งทำให้เหมาะสำหรับการวัดช่วงเวลาเวลากัน

2. ลดปัญหากับระบบหลายคอร์:

   • ฟังก์ชันนี้จัดการการจับเวลาได้ดีกว่าในสภาพแวดล้อมที่มีโปรเซสเซอร์หลายตัวและลดการรบกวนที่การตั้งค่าเวลาภายนอกอาจทำให้เกิดขึ้นได้

ขั้นตอนถัดไป: การใช้งาน clock_gettime()

เพื่อแทนที่ gettimeofday() คุณสามารถเขียนฟังก์ชันการจับเวลาของคุณใหม่ได้ดังนี้:

#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; // แปลงเป็นไมโครวินาที

    return true;
}

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติม

สำหรับข้อมูลที่ละเอียดมากขึ้น ควรพิจารณาเช็คหน้า man สำหรับ clock_gettime() ซึ่งมีรายละเอียดเกี่ยวกับนาฬิกาที่หลากหลายที่มีอยู่และการใช้งานของพวกมัน: หน้า man ของ clock_gettime()

สรุป

เมื่อพัฒนาแอปพลิเคชันหรือเกมข้ามแพลตฟอร์ม การรู้ถึงข้อจำกัดของฟังก์ชันการจับเวลานั้นเป็นสิ่งสำคัญ แม้ว่า gettimeofday() อาจเป็นทางเลือกที่พบบ่อยในการได้เวลาปัจจุบัน แต่ความเชื่อถือได้ของมันอาจลดลงในบางสถานการณ์ โดยการเลือกใช้ clock_gettime() คุณสามารถบรรเทาปัญหาหลาย ๆ อย่างและมั่นใจได้ว่าคุณจะมีพฤติกรรมจับเวลาด้วยความสม่ำเสมอที่สำคัญสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการประสิทธิภาพสูง

ตอนนี้ที่คุณเข้าใจถึงความซับซ้อนในการใช้ gettimeofday() และข้อดีของการเปลี่ยนไปใช้ clock_gettime() คุณสามารถตัดสินใจได้อย่างมีข้อมูลสำหรัยโปรเจกต์การพอร์ตลินุกซ์ของคุณ