🕒
clock_gettime() system call
クロックの種類
clock_gettime(3) - Linux manual page
#include <time.h>
int clock_gettime(clockid_t clockid, struct timespec *tp);
上記の通り、clockid 引数を通して、どのクロックから時間を取得するかを選ぶことができる。
全てはカバーしないが、以下のようなクロックの種類がある。
-
CLOCK_REALTIME: Unix Epoch (1970-01-01 00:00:00 UT) から現在のシステム上の時刻までの経過時間を計測するクロック。管理者がシステムの時刻を変更することが可能であるため、それの影響を受ける。 -
CLOCK_MONOTONIC: 起動してからシステムが稼働している間、単調に増え続けるクロック。CLOCK_REALTIMEと違って、変更することができないため、処理時間を計測したりするのに使える。 -
CLOCK_BOOTTIME:CLOCK_MONOTONICとほぼ同様だが、システムが休止 (suspended) な時間もカウントするクロック。 -
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID: 呼び出したプロセスに使用された CPU 時間を計測するクロック。 -
CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID: 呼び出したスレッドに使用された CPU 時間を計測するクロック。
データ構造
struct timespec
timespec(3type) - Linux manual page
#include <time.h>
struct timespec {
time_t tv_sec; /* Seconds */
/* ... */ tv_nsec; /* Nanoseconds [0, 999'999'999] */
};
秒とナノ秒で構成され、コンピュータが扱いやすい形になっている。
struct tm
#include <time.h>
struct tm {
int tm_sec; /* Seconds [0, 60] */
int tm_min; /* Minutes [0, 59] */
int tm_hour; /* Hour [0, 23] */
int tm_mday; /* Day of the month [1, 31] */
int tm_mon; /* Month [0, 11] (January = 0) */
int tm_year; /* Year minus 1900 */
int tm_wday; /* Day of the week [0, 6] (Sunday = 0) */
int tm_yday; /* Day of the year [0, 365] (Jan/01 = 0) */
int tm_isdst; /* Daylight savings flag */
long tm_gmtoff; /* Seconds East of UTC */
const char *tm_zone; /* Timezone abbreviation */
};
より人間向けな日時の構造体となっている。
サンプルコード
CLOCK_REALTIME
CLOCK_REALTIME を使って時刻を取得し、それを struct tm に変換して表示する。
#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main() {
struct timespec ts;
struct tm *tm_info;
char buffer[256];
// Get the current CLOCK_REALTIME
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &ts);
// Convert to UTC time
tm_info = gmtime(&ts.tv_sec);
// Format time into a human-readable string
strftime(buffer, sizeof(buffer), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", tm_info);
printf("CLOCK_REALTIME (UTC): %s\n", buffer);
return 0;
}
実行結果
$ date; ./a.out
Mon Feb 26 15:27:49 UTC 2024
CLOCK_REALTIME (UTC): 2024-02-26 15:27:49
date コマンドで表示されるシステムの日時と一致している。
CLOCK_MONOTONIC
CLOCK_MONOTONIC を使って、秒とナノ秒を表示する。
#include <stdio.h>
#include <time.h>
int main() {
struct timespec ts;
// Get the current CLOCK_MONOTONIC time
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &ts);
// Print the result
printf("CLOCK_MONOTONIC time: %ld seconds, %ld nanoseconds\n", ts.tv_sec, ts.tv_nsec);
return 0;
}
実行結果
$ cat /proc/uptime; ./a.out
38587.06 4938551.11
CLOCK_MONOTONIC time: 38587 seconds, 63955741 nanoseconds
ちゃんとシステムの稼働時間 (/proc/uptime) と一致している。
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID / CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID
CPU が使われた時間を、プロセス目線とスレッド目線で計測する。
CPU を意図的に使用するために、エラトステネスの篩を使って素数判定をする関数を使う。
処理手順は以下の通り。
- 素数判定プログラムの実行
- スレッドの作成
- スレッド内で素数判定プログラムの実行
- スレッド内で
CLOCK_THREAD_CPUTIME_IDを使って時間計測 - 親プロセスに戻ってきて
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_IDを使って時間計測
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
// Function to calculate prime numbers using the Sieve of Eratosthenes
void calculate_primes(int limit) {
char* sieve = calloc(limit + 1, sizeof(char));
if (!sieve) {
printf("Memory allocation failed\n");
return;
}
for (int i = 2; i * i <= limit; i++) {
if (!sieve[i]) {
for (int j = i * i; j <= limit; j += i) {
sieve[j] = 1;
}
}
}
int prime_count = 0;
for (int i = 2; i <= limit; i++) {
if (!sieve[i]) {
prime_count++;
}
}
free(sieve);
printf("Calculated primes up to %d, found %d primes\n", limit, prime_count);
}
void *thread_function(void *arg) {
struct timespec thread_cpu_time;
// Perform a CPU-intensive task: Calculate prime numbers
calculate_primes(1e8);
// Get the CPU time for this thread
clock_gettime(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, &thread_cpu_time);
// Calculate and print the CPU time used by this thread
double thread_time_used = thread_cpu_time.tv_sec + thread_cpu_time.tv_nsec / 1e9;
printf("Thread CPU time used by thread: %f seconds\n", thread_time_used);
return NULL;
}
int main() {
pthread_t thread_id;
struct timespec process_cpu_time;
// Perform a CPU-intensive task: Calculate prime numbers
calculate_primes(1e8);
// Create a thread
pthread_create(&thread_id, NULL, thread_function, NULL);
// Wait for the thread to finish
pthread_join(thread_id, NULL);
// Get the CPU time for the process
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &process_cpu_time);
// Calculate and print the CPU time used by the process
double process_time_used = process_cpu_time.tv_sec + process_cpu_time.tv_nsec / 1e9;
printf("Process CPU time used by process: %f seconds\n", process_time_used);
return 0;
}
実行結果
$ time ./a.out
Calculated primes up to 100000000, found 5761455 primes
Calculated primes up to 100000000, found 5761455 primes
Thread CPU time used by thread: 1.323552 seconds
Process CPU time used by process: 2.677082 seconds
real 0m2.678s
user 0m2.588s
sys 0m0.090s
Discussion