ある環境でstd::chronoが遅い

概要

CentOS7 + devtoolsetの環境だとstd::chronoが遅い。

これが本当にdevtoolsetが原因かは私には分からず。。

やりたかったこと

C++コードの開発におけるベンチマークでは時間計測が重要です。これまでOpenMPやMPIで並列化したコードを作るときには、omp_get_wtime()やMPI_Wtime()関数で時間計測をしていました。しかし、開発したコードの運用は様々な環境で使うことを想定すると、OpenMPやMPIの使えない(使わない)環境でのコンパイルもできるようにすると思います。その時に、時間計測の関数もディレクティブで切り替えていました。もちろんラップした関数にしたりしますが。

C++11以降でstd::chronoが登場し、HPC環境でも普及してきたので、これらの時間計測関数をhigh_resolution_clockで置き換えて統一したくなります。

しかし、実際にやってみるとstd::chrono::high_resolution_clockは1桁遅い。原因はdevtoolsetと予測していますが、私では特定できませんでした。情報共有の意味で記事にします。原因や思い当たる節のある方は情報提供いただけると嬉しいです。

問題の出る環境

CPU: Intel Xeon Gold 6248, and E5-1620 (実機確認の取れたもの)
CentOS 7 (3.10.0-1127.19.1.el7.x86_64)
devtoolset-9
g++(gcc) 9.3.1
icpc(icc) 2021.1

検証コード

以下のコードで時間計測を行います。
主にtimer呼び出しのコストを測っています。

#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <chrono>
#include <omp.h>

int main()
{
    using namespace std::chrono;
    constexpr int COUNT = 10000;

    //time by openmp
    double time_omp = 0.0;
    for(int i = 0; i < COUNT; ++i){
        double prev = omp_get_wtime();
        time_omp += omp_get_wtime() - prev;
    }    
    std::cout << "omp: " << (time_omp * 1.0e3) << "[ms]" << std::endl;

    //time by std::chrono    
    high_resolution_clock::duration time_chrono{high_resolution_clock::duration{0}};
    for(int i = 0; i < COUNT; ++i){
        auto prev = high_resolution_clock::now();
        time_chrono += high_resolution_clock::now() - prev;
    }    
    std::cout << "std::chrono: " << ((double)std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(time_chrono).count() * 1.0e-6) << "[ms]" << std::endl;

}

計測結果

コンパイルオプションと実行結果は以下の通り

# CentOS7 + devtoolset-9(実機),
# icpc -qopenmp -O2
omp: 0.216007[ms]
std::chrono: 3.11031[ms]

# CentOS7 + devtoolset-9(実機),
# g++ -fopenmp -O2
omp: 0.26315[ms]
std::chrono: 3.14209[ms]

# Windows10 x64, Core-i7 10710U
# MSVC (Visual Studio 16.9.1) オプション割愛
omp: 0.1645[ms]
std::chrono: 0.1413[ms]

# Wandbox + gcc7.2.0
# g++ prog.cc -Wall -Wextra -O2 -march=native -I/opt/wandbox/boost-1.73.0/gcc-7.2.0/include -std=gnu++17 "-fopenmp"
omp: 0.428464[ms]
std::chrono: 0.366112[ms]

このようにCentOS7 + devtoolsetの環境だけstd::chronoが異常に遅い。

さいごに

CentOS+devtoolsetの環境はそれなりに多いと思うので、他にも悩んでいる方はいそうな気がします。解決策などの情報提供があればとても嬉しいです。

解決策(追記：2021/4/20)

コメント欄にて @gnaggnoyil さんからの情報提供で解決策が見いだせました。
コンパイル引数に-static-libstdc++をつければdevtoolset環境でも新しいlibstdc++をリンクできるそうです。
g++だけでなくicpcでも有効です。
以下にテスト結果を示します。

# CentOS7 + devtoolset-9(実機),
#g++ -O2 -fopenmp
std::chrono: 3.09057[ms]
clock_gettime(CLOCK_REALTIME): 0.150057[ms]

# g++ -O2 -fopenmp -static-libstdc++
std::chrono: 0.166714[ms]
clock_gettime(CLOCK_REALTIME): 0.150091[ms]

# icpc -O2 -fopenmp
std::chrono: 3.11476[ms]
clock_gettime(CLOCK_REALTIME): 0.154761[ms]

# icpc -O2 -fopenmp -static-libstdc++
std::chrono: 0.166713[ms]
clock_gettime(CLOCK_REALTIME): 0.163851[ms]

やったね！