Windows版PHPでのusleepは引数の値がどの辺りから結果が横這いになるのか

前回 “PHP usleepより高い精度でスリープしたい” にて

Windowsではusleepに指定する値がある程度小さくなると結果が変わらなくなってくるので

と書きましたが、かなり以前に軽く試した程度でしたので、再度確認してみました。

スクリプト

確認に使ったスクリプトは以下になります。

test.php

<?php
for($l = 1000000; $l >= 1; $l /= 10) {
    for($sleep_mt = $l; $sleep_mt >= 1; $sleep_mt -= $l / 10) {
        sleep(1);
        $sleep_res[$sleep_mt] = sleep_loop($sleep_mt);
    }
}

print "|argument |      actual |       ideal | accuracy|\n";
foreach($sleep_res as $key => $val) {
    printf("|%8d | %.9f | %.9f | %7.3f%%|\n", $key, $val, $key / 1e6, ($key / 1e4) / $val);
}

function sleep_loop($sleep) {
    $loopCount = ($n = ceil(1e6 / $sleep)) > 1000 ? 1000 : $n;
    printf("usleep(%d) loopcount:%d\n", $sleep, $loopCount);
    $buffArray = [];
    for($i = 0; $i < $loopCount; $i++) {
        $start = gettimeofday();
        usleep($sleep);
        $end = gettimeofday();
        $t = $buffArray[] = $end['sec'] - $start['sec'] + ($end['usec'] - $start['usec']) / 1e6;
        printf("%d: %.9f\r", $i, $t);
    }
    $av = array_sum($buffArray) / $loopCount;
    print "actual(average) ideal        accuracy\n";
    printf("%.9f     %.9f  %7.3f%%\n\n", $av, $sleep / 1e6, ($sleep / 1e4) / $av);
    return array_sum($buffArray) / $loopCount;
}

結果

Windows

こちら、Windows版PHPで実行した結果です。
usleepに渡した引数、実測値(数回の平均値)、誤差やオーバーヘッドを皆無とした場合の理想値、理想値に対しての精度になります。

argument	actual	ideal	accuracy
1000000	1.004598000	1.000000000	99.542%
900000	0.906128000	0.900000000	99.324%
800000	0.813190000	0.800000000	98.378%
700000	0.704844500	0.700000000	99.313%
600000	0.609229000	0.600000000	98.485%
500000	0.514986000	0.500000000	97.090%
400000	0.407253667	0.400000000	98.219%
300000	0.311733250	0.300000000	96.236%
200000	0.203052400	0.200000000	98.497%
100000	0.108707000	0.100000000	91.990%
90000	0.093679750	0.090000000	96.072%
80000	0.093660769	0.080000000	85.415%
70000	0.078502733	0.070000000	89.169%
60000	0.062928118	0.060000000	95.347%
50000	0.062421800	0.050000000	80.100%
40000	0.046800040	0.040000000	85.470%
30000	0.031325118	0.030000000	95.770%
20000	0.031181740	0.020000000	64.140%
10000	0.015550560	0.010000000	64.306%
9000	0.015549714	0.009000000	57.879%
8000	0.015597080	0.008000000	51.292%
7000	0.015513476	0.007000000	45.122%
6000	0.015546527	0.006000000	38.594%
5000	0.015548400	0.005000000	32.158%
4000	0.015557052	0.004000000	25.712%
3000	0.015410862	0.003000000	19.467%
2000	0.015555192	0.002000000	12.857%
1000	0.015269904	0.001000000	6.549%
900	0.015374730	0.000900000	5.854%
800	0.014939869	0.000800000	5.355%
700	0.015532448	0.000700000	4.507%
600	0.015449516	0.000600000	3.884%
500	0.015041016	0.000500000	3.324%
400	0.015201374	0.000400000	2.631%
300	0.015268615	0.000300000	1.965%
200	0.015033270	0.000200000	1.330%
100	0.015506672	0.000100000	0.645%
90	0.014988844	0.000090000	0.600%
80	0.015085743	0.000080000	0.530%
70	0.014983447	0.000070000	0.467%
60	0.014896100	0.000060000	0.403%
50	0.015412744	0.000050000	0.324%
40	0.015404253	0.000040000	0.260%
30	0.014793728	0.000030000	0.203%
20	0.015019174	0.000020000	0.133%
10	0.015289082	0.000010000	0.065%
9	0.015506825	0.000009000	0.058%
8	0.015441582	0.000008000	0.052%
7	0.015303005	0.000007000	0.046%
6	0.014883630	0.000006000	0.040%
5	0.015491012	0.000005000	0.032%
4	0.015521473	0.000004000	0.026%
3	0.015272744	0.000003000	0.020%
2	0.015507319	0.000002000	0.013%
1	0.015304317	0.000001000	0.007%

引数に10000(1/100秒)以下を指定した場合、結果はほとんど同じになりました。
異なるスペックの複数のPCでもだいたい同様の結果でした。

Linux

Linuxで実行した場合の結果はこんな感じでした。

argument	actual	ideal	accuracy
1000000	1.000119613	1.000000000	99.988%
900000	0.900116641	0.900000000	99.987%
800000	0.800115063	0.800000000	99.986%
700000	0.700112048	0.700000000	99.984%
600000	0.600115420	0.600000000	99.981%
500000	0.500117902	0.500000000	99.976%
400000	0.400114053	0.400000000	99.971%
300000	0.300107420	0.300000000	99.964%
200000	0.200117489	0.200000000	99.941%
100000	0.100117310	0.100000000	99.883%
90000	0.090117912	0.090000000	99.869%
80000	0.080117342	0.080000000	99.854%
70000	0.070116776	0.070000000	99.833%
60000	0.060117303	0.060000000	99.805%
50000	0.050117134	0.050000000	99.766%
40000	0.040117620	0.040000000	99.707%
30000	0.030117647	0.030000000	99.609%
20000	0.020118150	0.020000000	99.413%
10000	0.010116925	0.010000000	98.844%
9000	0.009117167	0.009000000	98.715%
8000	0.008116660	0.008000000	98.563%
7000	0.007117286	0.007000000	98.352%
6000	0.006117258	0.006000000	98.083%
5000	0.005117448	0.005000000	97.705%
4000	0.004108513	0.004000000	97.359%
3000	0.003106908	0.003000000	96.559%
2000	0.002108241	0.002000000	94.866%
1000	0.001107048	0.001000000	90.330%
900	0.001007407	0.000900000	89.338%
800	0.000906241	0.000800000	88.277%
700	0.000807078	0.000700000	86.733%
600	0.000706321	0.000600000	84.947%
500	0.000605894	0.000500000	82.523%
400	0.000484747	0.000400000	82.517%
300	0.000380773	0.000300000	78.787%
200	0.000281204	0.000200000	71.123%
100	0.000161443	0.000100000	61.941%
90	0.000151159	0.000090000	59.540%
80	0.000141270	0.000080000	56.629%
70	0.000142765	0.000070000	49.032%
60	0.000119653	0.000060000	50.145%
50	0.000109219	0.000050000	45.779%
40	0.000099035	0.000040000	40.390%
30	0.000088091	0.000030000	34.056%
20	0.000078189	0.000020000	25.579%
10	0.000067107	0.000010000	14.902%
9	0.000066188	0.000009000	13.598%
8	0.000065196	0.000008000	12.271%
7	0.000064239	0.000007000	10.897%
6	0.000063161	0.000006000	9.500%
5	0.000061892	0.000005000	8.079%
4	0.000060883	0.000004000	6.570%
3	0.000059732	0.000003000	5.022%
2	0.000058932	0.000002000	3.394%
1	0.000057835	0.000001000	1.729%

値が小さくなるに従ってオーバーヘッドの影響も無視できなくなってくるので精度が落ちるのは仕方ありませんが、Windows版と比べたらかなり低い値まで信用できるかな、と思います。

追記

Windows版PHPでも、同時に動いているソフトウエア次第でusleepの値が横這いになり始める閾値が変わるようでした。

argument	actual	ideal	accuracy
100000	0.100642500	0.100000000	99.362%
90000	0.090570583	0.090000000	99.370%
80000	0.080499308	0.080000000	99.380%
70000	0.070486467	0.070000000	99.310%
60000	0.060393294	0.060000000	99.349%
50000	0.050311800	0.050000000	99.380%
40000	0.040265600	0.040000000	99.340%
30000	0.030161941	0.030000000	99.463%
20000	0.020167180	0.020000000	99.171%
10000	0.010274510	0.010000000	97.328%
9000	0.009216366	0.009000000	97.652%
8000	0.008228112	0.008000000	97.228%
7000	0.007263986	0.007000000	96.366%
6000	0.006263365	0.006000000	95.795%
5000	0.005298985	0.005000000	94.358%
4000	0.004333180	0.004000000	92.311%
3000	0.003362692	0.003000000	89.214%
2000	0.002429720	0.002000000	82.314%
1000	0.001439262	0.001000000	69.480%
900	0.000987596	0.000900000	91.130%
800	0.000992589	0.000800000	80.597%
700	0.000992307	0.000700000	70.543%
600	0.000988720	0.000600000	60.685%
500	0.000987593	0.000500000	50.628%
400	0.000987899	0.000400000	40.490%
300	0.000988207	0.000300000	30.358%
200	0.000988125	0.000200000	20.240%
100	0.000988660	0.000100000	10.115%
90	0.000988996	0.000090000	9.100%
80	0.000988034	0.000080000	8.097%
70	0.000993000	0.000070000	7.049%
60	0.000988955	0.000060000	6.067%
50	0.000988196	0.000050000	5.060%
40	0.000988778	0.000040000	4.045%
30	0.000988507	0.000030000	3.035%
20	0.000988754	0.000020000	2.023%
10	0.000988374	0.000010000	1.012%
9	0.000988151	0.000009000	0.911%
8	0.000988197	0.000008000	0.810%
7	0.001001757	0.000007000	0.699%
6	0.000987563	0.000006000	0.608%
5	0.000987617	0.000005000	0.506%
4	0.000988710	0.000004000	0.405%
3	0.000988145	0.000003000	0.304%
2	0.000988444	0.000002000	0.202%
1	0.000988313	0.000001000	0.101%

100000より上は記載を省略していますが、Windowsでも10000を下回っても結果が下がり続け、1000未満で横這いになり始めるといったケースがありました。

何が影響するのか確認

test.php

<?php
while(true) {
    $r = [];
    $t = time();
    while($t === time()) {
        $start = gettimeofday();
        usleep(1000);
        $end = gettimeofday();
        $r[] = $end['sec'] - $start['sec'] + ($end['usec'] - $start['usec']) / 1e6;
    }
    printf("%.9f\n", array_sum($r) / count($r));
}

上記のスクリプトを実行させながらいくつかの別のソフトウェアを立ち上げたり終了させたりしてみたところ、Google Chrome(確認したバージョンは81.0.4044.138)を実行した時に大きく変動するようでした。
とくに、タイマー系のjavascriptの処理の影響が大きいようで、Chromeで例えば

setInterval(1000, function(){});

を走らせているだけでもusleepの精度が上がり、Chromeを閉じると元に戻りました。
他のブラウザだと、firefoxは影響なし、EdgeやIEはChromeの半分くらい影響、といった感じでした。