clock_gettime-Alternative in Mac OS X

Beim Kompilieren eines Programms, das ich unter Mac OS X geschrieben habe, nachdem ich die erforderlichen Bibliotheken über MacPorts installiert habe, erhalte ich diesen Fehler:

In function 'nanotime':
error: 'CLOCK_REALTIME' undeclared (first use in this function)
error: (Each undeclared identifier is reported only once
error: for each function it appears in.)

Anscheinend clock_gettime ist in Mac OS X nicht implementiert. Gibt es eine alternative Möglichkeit, die Epoche Zeit in Nanosekunden? Leider gettimeofday ist in Mikrosekunden.

Nachdem ich stundenlang verschiedene Antworten, Blogs und Header durchgesehen hatte, fand ich einen tragbaren Weg, um die aktuelle Uhrzeit abzurufen:

#include <time.h>
#include <sys/time.h>

#ifdef __MACH__
#include <mach/clock.h>
#include <mach/mach.h>
#endif



struct timespec ts;

#ifdef __MACH__ // OS X does not have clock_gettime, use clock_get_time
clock_serv_t cclock;
mach_timespec_t mts;
host_get_clock_service(mach_host_self(), CALENDAR_CLOCK, &cclock);
clock_get_time(cclock, &mts);
mach_port_deallocate(mach_task_self(), cclock);
ts.tv_sec = mts.tv_sec;
ts.tv_nsec = mts.tv_nsec;

#else
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts);
#endif

oder sehen Sie sich diese Zusammenfassung an: https://gist.github.com/1087739

Hoffe, das spart jemand Zeit. Prost!

Keine der oben genannten Lösungen beantwortet die Frage. Entweder geben sie Ihnen keine absolute Unix-Zeit oder ihre Genauigkeit beträgt 1 Mikrosekunde. Die beliebteste Lösung von jbenet ist langsam (~6000 ns) und zählt nicht in Nanosekunden, obwohl ihre Rückkehr dies vermuten lässt. Unten ist ein Test für 2 Lösungen, die von jbenet und Dmitri B vorgeschlagen wurden, plus meine Meinung dazu. Sie können den Code ohne Änderungen ausführen.

Die dritte Lösung zählt in Nanosekunden und gibt Ihnen relativ schnell absolute Unix-Zeit (~ 90 ns). Also, wenn jemand es nützlich findet – bitte lassen Sie es uns alle hier wissen :-). Ich bleibe bei der von Dmitri B (Lösung Nr. 1 im Code) – sie passt besser zu meinen Bedürfnissen.

Ich brauchte eine Alternative in kommerzieller Qualität zu clock_gettime(), um pthread_…timed..-Aufrufe zu machen, und fand diese Diskussion sehr hilfreich. Danke Leute.

/*
 Ratings of alternatives to clock_gettime() to use with pthread timed waits:
    Solution 1 "gettimeofday":
        Complexity      : simple
        Portability     : POSIX 1
        timespec        : easy to convert from timeval to timespec
        granularity     : 1000 ns,
        call            : 120 ns,
        Rating          : the best.

    Solution 2 "host_get_clock_service, clock_get_time":
        Complexity      : simple (error handling?)
        Portability     : Mac specific (is it always available?)
        timespec        : yes (struct timespec return)
        granularity     : 1000 ns (don't be fooled by timespec format)
        call time       : 6000 ns
        Rating          : the worst.

    Solution 3 "mach_absolute_time + gettimeofday once":
        Complexity      : simple..average (requires initialisation)
        Portability     : Mac specific. Always available
        timespec        : system clock can be converted to timespec without float-math
        granularity     : 1 ns.
        call time       : 90 ns unoptimised.
        Rating          : not bad, but do we really need nanoseconds timeout?

 References:
 - OS X is UNIX System 3 [U03] certified
    http://www.opengroup.org/homepage-items/c987.html

 - UNIX System 3 <--> POSIX 1 <--> IEEE Std 1003.1-1988
    http://en.wikipedia.org/wiki/POSIX
    http://www.unix.org/version3/

 - gettimeofday() is mandatory on U03,
   clock_..() functions are optional on U03,
   clock_..() are part of POSIX Realtime extensions
    http://www.unix.org/version3/inttables.pdf

 - clock_gettime() is not available on MacMini OS X
    (Xcode > Preferences > Downloads > Command Line Tools = Installed)

 - OS X recommends to use gettimeofday to calculate values for timespec
    https://developer.apple.com/library/mac/documentation/Darwin/Reference/ManPages/man3/pthread_cond_timedwait.3.html

 - timeval holds microseconds, timespec - nanoseconds
    http://www.gnu.org/software/libc/manual/html_node/Elapsed-Time.html

 - microtime() is used by kernel to implement gettimeofday()
    http://ftp.tw.freebsd.org/pub/branches/7.0-stable/src/sys/kern/kern_time.c

 - mach_absolute_time() is really fast
    http://www.opensource.apple.com/source/Libc/Libc-320.1.3/i386/mach/mach_absolute_time.c

 - Only 9 deciaml digits have meaning when int nanoseconds converted to double seconds
    Tutorial: Performance and Time post uses .12 precision for nanoseconds
    http://www.macresearch.org/tutorial_performance_and_time

 Example:
    Three ways to prepare absolute time 1500 milliseconds in the future to use with pthread timed functions.

 Output, N = 3, stock MacMini, OSX 10.7.5, 2.3GHz i5, 2GB 1333MHz DDR3:
    inittime.tv_sec = 1390659993
    inittime.tv_nsec = 361539000
    initclock = 76672695144136
    get_abs_future_time_0() : 1390659994.861599000
    get_abs_future_time_0() : 1390659994.861599000
    get_abs_future_time_0() : 1390659994.861599000
    get_abs_future_time_1() : 1390659994.861618000
    get_abs_future_time_1() : 1390659994.861634000
    get_abs_future_time_1() : 1390659994.861642000
    get_abs_future_time_2() : 1390659994.861643671
    get_abs_future_time_2() : 1390659994.861643877
    get_abs_future_time_2() : 1390659994.861643972
 */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <sys/time.h>       /* gettimeofday */
#include <mach/mach_time.h> /* mach_absolute_time */
#include <mach/mach.h>      /* host_get_clock_service, mach_... */
#include <mach/clock.h>     /* clock_get_time */

#define BILLION 1000000000L
#define MILLION 1000000L

#define NORMALISE_TIMESPEC( ts, uint_milli )            \
    do {                                                \
        ts.tv_sec += uint_milli / 1000u;                \
        ts.tv_nsec += (uint_milli % 1000u) * MILLION;   \
        ts.tv_sec += ts.tv_nsec / BILLION;              \
        ts.tv_nsec = ts.tv_nsec % BILLION;              \
    } while (0)

static mach_timebase_info_data_t timebase = { 0, 0 }; /* numer = 0, denom = 0 */
static struct timespec           inittime = { 0, 0 }; /* nanoseconds since 1-Jan-1970 to init() */
static uint64_t                  initclock;           /* ticks since boot to init() */

void init()
{
    struct timeval  micro;      /* microseconds since 1 Jan 1970 */

    if (mach_timebase_info(&timebase) != 0)
        abort();                            /* very unlikely error */

    if (gettimeofday(&micro, NULL) != 0)
        abort();                            /* very unlikely error */

    initclock = mach_absolute_time();

    inittime.tv_sec = micro.tv_sec;
    inittime.tv_nsec = micro.tv_usec * 1000;
    printf("\tinittime.tv_sec = %ld\n", inittime.tv_sec);
    printf("\tinittime.tv_nsec = %ld\n", inittime.tv_nsec);
    printf("\tinitclock = %ld\n", (long)initclock);
}

/*
 * Get absolute future time for pthread timed calls
 *  Solution 1: microseconds granularity
 */
struct timespec get_abs_future_time_coarse(unsigned milli)
{
    struct timespec future;         /* ns since 1 Jan 1970 to 1500 ms in the future */
    struct timeval  micro = {0, 0}; /* 1 Jan 1970 */

    (void) gettimeofday(&micro, NULL);
    future.tv_sec = micro.tv_sec;
    future.tv_nsec = micro.tv_usec * 1000;
    NORMALISE_TIMESPEC( future, milli );
    return future;
}

/*
 * Solution 2: via clock service
 */
struct timespec get_abs_future_time_served(unsigned milli)
{
    struct timespec     future;
    clock_serv_t        cclock;
    mach_timespec_t     mts;

    host_get_clock_service(mach_host_self(), CALENDAR_CLOCK, &cclock);
    clock_get_time(cclock, &mts);
    mach_port_deallocate(mach_task_self(), cclock);
    future.tv_sec = mts.tv_sec;
    future.tv_nsec = mts.tv_nsec;
    NORMALISE_TIMESPEC( future, milli );
    return future;
}

/*
 * Solution 3: nanosecond granularity
 */
struct timespec get_abs_future_time_fine(unsigned milli)
{
    struct timespec future;     /* ns since 1 Jan 1970 to 1500 ms in future */
    uint64_t        clock;      /* ticks since init */
    uint64_t        nano;       /* nanoseconds since init */

    clock = mach_absolute_time() - initclock;
    nano = clock * (uint64_t)timebase.numer / (uint64_t)timebase.denom;
    future = inittime;
    future.tv_sec += nano / BILLION;
    future.tv_nsec += nano % BILLION;
    NORMALISE_TIMESPEC( future, milli );
    return future;
}

#define N 3

int main()
{
    int                 i, j;
    struct timespec     time[3][N];
    struct timespec   (*get_abs_future_time[])(unsigned milli) =
    {
        &get_abs_future_time_coarse,
        &get_abs_future_time_served,
        &get_abs_future_time_fine
    };

    init();
    for (j = 0; j < 3; j++)
        for (i = 0; i < N; i++)
            time[j][i] = get_abs_future_time[j](1500);  /* now() + 1500 ms */

    for (j = 0; j < 3; j++)
        for (i = 0; i < N; i++)
            printf("get_abs_future_time_%d() : %10ld.%09ld\n",
                   j, time[j][i].tv_sec, time[j][i].tv_nsec);

    return 0;
}

Tatsächlich scheint es für macOS nicht vor Sierra 10.12 implementiert zu sein. Vielleicht möchten Sie sich das ansehen Blog-Eintrag. Die Hauptidee ist im folgenden Code-Snippet enthalten:

#include <mach/mach_time.h>
#define ORWL_NANO (+1.0E-9)
#define ORWL_GIGA UINT64_C(1000000000)

static double orwl_timebase = 0.0;
static uint64_t orwl_timestart = 0;

struct timespec orwl_gettime(void) {
  // be more careful in a multithreaded environement
  if (!orwl_timestart) {
    mach_timebase_info_data_t tb = { 0 };
    mach_timebase_info(&tb);
    orwl_timebase = tb.numer;
    orwl_timebase /= tb.denom;
    orwl_timestart = mach_absolute_time();
  }
  struct timespec t;
  double diff = (mach_absolute_time() - orwl_timestart) * orwl_timebase;
  t.tv_sec = diff * ORWL_NANO;
  t.tv_nsec = diff - (t.tv_sec * ORWL_GIGA);
  return t;
}

#if defined(__MACH__) && !defined(CLOCK_REALTIME)
#include <sys/time.h>
#define CLOCK_REALTIME 0
// clock_gettime is not implemented on older versions of OS X (< 10.12).
// If implemented, CLOCK_REALTIME will have already been defined.
int clock_gettime(int /*clk_id*/, struct timespec* t) {
    struct timeval now;
    int rv = gettimeofday(&now, NULL);
    if (rv) return rv;
    t->tv_sec  = now.tv_sec;
    t->tv_nsec = now.tv_usec * 1000;
    return 0;
}
#endif

Alles, was Sie brauchen, ist in beschrieben Technische Fragen und Antworten QA1398: Technische Fragen und Antworten QA1398: Absolute Zeiteinheiten in Machim Grunde ist die gewünschte Funktion mach_absolute_time.

Hier ist eine etwas frühere Version des Beispielcodes von dieser Seite, die alles mit Mach-Aufrufen macht (die aktuelle Version verwendet AbsoluteToNanoseconds von CoreServices). Im aktuellen OS X (dh auf Snow Leopard auf x86_64) sind die absoluten Zeitwerte tatsächlich in Nanosekunden und erfordern daher überhaupt keine Konvertierung. Wenn Sie also gut sind und portablen Code schreiben, werden Sie konvertieren, aber wenn Sie nur schnell etwas für sich selbst tun, müssen Sie sich nicht darum kümmern.

FWIW, mach_absolute_time ist Ja wirklich schnell.

uint64_t GetPIDTimeInNanoseconds(void)
{
    uint64_t        start;
    uint64_t        end;
    uint64_t        elapsed;
    uint64_t        elapsedNano;
    static mach_timebase_info_data_t    sTimebaseInfo;

    // Start the clock.

    start = mach_absolute_time();

    // Call getpid. This will produce inaccurate results because 
    // we're only making a single system call. For more accurate 
    // results you should call getpid multiple times and average 
    // the results.

    (void) getpid();

    // Stop the clock.

    end = mach_absolute_time();

    // Calculate the duration.

    elapsed = end - start;

    // Convert to nanoseconds.

    // If this is the first time we've run, get the timebase.
    // We can use denom == 0 to indicate that sTimebaseInfo is 
    // uninitialised because it makes no sense to have a zero 
    // denominator is a fraction.

    if ( sTimebaseInfo.denom == 0 ) {
        (void) mach_timebase_info(&sTimebaseInfo);
    }

    // Do the maths. We hope that the multiplication doesn't 
    // overflow; the price you pay for working in fixed point.

    elapsedNano = elapsed * sTimebaseInfo.numer / sTimebaseInfo.denom;

    printf("multiplier %u / %u\n", sTimebaseInfo.numer, sTimebaseInfo.denom);
    return elapsedNano;
}

Beachten Sie, dass macOS Sierra 10.12 jetzt clock_gettime() unterstützt:

#include <stdio.h>
#include <time.h>

int main() {
    struct timespec res;
    struct timespec time;

    clock_getres(CLOCK_REALTIME, &res);
    clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &time);

    printf("CLOCK_REALTIME: res.tv_sec=%lu res.tv_nsec=%lu\n", res.tv_sec, res.tv_nsec);
    printf("CLOCK_REALTIME: time.tv_sec=%lu time.tv_nsec=%lu\n", time.tv_sec, time.tv_nsec);
}

Es liefert Nanosekunden; Die Auflösung beträgt jedoch 1000, sodass sie (un)effektiv auf Mikrosekunden begrenzt ist:

CLOCK_REALTIME: res.tv_sec=0 res.tv_nsec=1000
CLOCK_REALTIME: time.tv_sec=1475279260 time.tv_nsec=525627000

Sie benötigen XCode 8 oder höher, um diese Funktion nutzen zu können. Code, der zur Verwendung dieser Funktion kompiliert wurde, kann nicht auf Versionen von Mac OS X (10.11 oder früher) ausgeführt werden.

Danke für deine Beiträge

Ich denke, Sie können die folgenden Zeilen hinzufügen

#ifdef __MACH__
#include <mach/mach_time.h>
#define CLOCK_REALTIME 0
#define CLOCK_MONOTONIC 0
int clock_gettime(int clk_id, struct timespec *t){
    mach_timebase_info_data_t timebase;
    mach_timebase_info(&timebase);
    uint64_t time;
    time = mach_absolute_time();
    double nseconds = ((double)time * (double)timebase.numer)/((double)timebase.denom);
    double seconds = ((double)time * (double)timebase.numer)/((double)timebase.denom * 1e9);
    t->tv_sec = seconds;
    t->tv_nsec = nseconds;
    return 0;
}
#else
#include <time.h>
#endif

Lassen Sie mich wissen, was Sie für Latenz und Granularität erhalten