タイマ分解能精度評価(C++)

概要

C++のタイマの分解能の精度に対してどのくらい誤差があるのかを測定してみた．

分解能
タイマが測定可能な時間粒度を指す．

測定

分解能の測定方法は参考資料[2]の3章に記載されている方法を参考にした．
使用したプログラムは参考資料[3]に対して複数の分解能を収集するように改造した．

収集した分解能に対して，箱ひげ図の表示と基本統計量の算出を行った。

githubには精度測定用のプログラムはアップしていない．

タイマのカウント更新タイミングが悪いせいなのか大きくブレてしまっている箇所がある．

分解能とレイテンシーの測定方法

Windows

Windowsのタイマは分解能のバラつきが少なく安定性の高いタイマが多い印象であった．

• 開発環境：
  • Visual Studio 2022 community
• PCスペック：
  • OS:Windows10 Pro(64bit)
  • CPU:Intel(R)Core(TM) i9-109000X 3.70Ghz(物理コア数：10, 論理コア数：20)
  • メインメモリ:128GB

ナノ秒タイマ

基本統計量(10,000サンプル)

	mean	std	min	25%	50%	75%	max
chrono::system_clock	105.550	554.999	100	100	100	100	55,600
chrono::steady_clock	101.310	116.844	100	100	100	100	11,700
GetSystemTimePreciseAsFileTime	100.060	5.999	100	100	100	100	700
QueryPerformanceCounter	100.190	19.000	100	100	100	100	2,000
timespec_get	100.110	10.999	100	100	100	100	1,200
GetSystemTimeAsFileTime	996.942	10.258	836	997	997	997	1,158

単位：ナノ秒

ミリ秒タイマ

基本統計量(10,000サンプル)

	mean	std	min	25%	50%	75%	max
clock	1.000	0.000	1	1	1	1	1
GetTickCount	15.625	0.484	15	15	16	16	16
GetTickCount64	15.625	0.484	15	15	16	16	16
timeGetTime	1.000	0.014	1	1	1	1	2

単位：ミリ秒

timeGetTimeはtimeBeginPeriod(1)を使用

clockはCPU時間である．

秒タイマ

基本統計量(200サンプル)

	mean	std	min	25%	50%	75%	max
time	1.000	0.000	1	1	1	1	1

単位：秒

Mac

Macのタイマは分解能のバラつきが多くて不安定なタイマが多い印象であった．

• 開発環境：
  • Xcode 13.2.1
• PCスペック：
  • OS:macOS Montery(Mac mini(M1 2020))
  • CPU:Apple M1
  • メインメモリ:16GB

ナノ秒タイマ

基本統計量(10,000サンプル)

	mean	std	min	25%	50%	75%	max
chrono::system_clock	1,004.900	204.157	1,000	1,000	1,000	1,000	12,000
chrono::steady_clock	44.395	10.538	41	41	42	42	167
clock_gettime(CLOCK_REALTIME)	1,000.000	0.000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC)	1,000.300	29.999	1,000	1,000	1,000	1,000	4,000
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC_RAW)	41.728	2.581	41	41	42	42	167
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC_RAW_APPROX)	100,029.387	328,585.735	42	4,375	11,770	31,875	1,992,792
clock_gettime(CLOCK_UPTIME_RAW)	41.752	2.833	41	41	42	42	209
clock_gettime(CLOCK_UPTIME_RAW_APPROX)	248,853.979	549,319.202	417	6,791	21,125	71,135	1,995,833
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID)	1,066.000	248.294	1,000	1,000	1,000	1,000	2,000
clock_gettime(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID)	140.300	20.182	83	125	125	166	209
timespec_get	1,000.000	0.000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000

単位：ナノ秒

clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID), clock_gettime(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID)はCPU時間である．

マイクロ秒タイマ

基本統計量(10,000サンプル)

	mean	std	min	25%	50%	75%	max
clock	1.067	0.453	1	1	1	1	39
gettimeofday	1.000	0.030	1	1	1	1	4

単位：マイクロ秒

clockはCPU時間である．

秒タイマ

基本統計量(200サンプル)

	mean	std	min	25%	50%	75%	max
time	1.000	0.000	1	1	1	1	1

単位：秒

参考資料

1. cpprefjp - C++日本語リファレンス, https://cpprefjp.github.io
2. Optimized C++ ―最適化、高速化のためのプログラミングテクニック, Kurt Guntheroth (著), 島 敏博 (監修), 黒川 利明 (翻訳), オライリージャパン, 2017年2月.
3. 性能評価プログラム, https://github.com/Ocean00000/TimeEvaluation
4. 碧色工房, https://www.mm2d.net/main/