计时器的测量精度(例如秒表/QueryPerformanceCounter)

Question

考虑到Stopwatch类在C#中可以使用类似于下面三个不同的定时器。

• 系统定时器，例如，大约+-10 ms的精度，取决于可以用timeBeginPeriod设置的定时器分辨率，它可以是+-1 ms。
• 时间邮票计数器(TSC)，例如，刻度频率为2.5MHz或1滴答= 400 ns，所以理想的精度。
• 高精度事件计时器，例如，刻度频率为25兆赫或1刻度= 40 ns，所以理想的精度。

我们如何测量它的可观测精度？精度被定义为

精度指的是两个或两个以上的测量彼此之间的紧密程度。

现在，如果Stopwatch使用Stopwatch，这是否意味着我们可以使用Stopwatch来获得与计时器频率相等的测量精度？

我不这么认为，因为这要求我们能够使用具有零方差或完全固定开销的计时器，据我所知，这对于Stopwatch来说不是真的。例如，当使用HPET并调用：

var before_ticks = Stopwatch.GetTimestamp();
var after_ticks = Stopwatch.GetTimestamp();
var diff_ticks = after_ticks - before_ticks;

然后，差别将是大约100 ticks或4000 ns，它也会有一些差异。

那么，如何在实验上测量Stopwatch的可观测精度呢？所以它支持下面所有可能的计时器模式。

我的想法是搜索最小的蜱数!= 0，首先建立Stopwatch的刻度开销，即系统定时器的开销为0，直到例如10ms，即10 * 1000 * 10 = 100,000滴答，因为系统定时器具有100ns的刻度分辨率，但是精度远不是这样。对于HPET，它永远不会是0，因为调用Stopwatch.GetTimestamp()的开销高于计时器的频率。

但这并没有说明我们能用计时器来测量多精确。我的定义是，我们可以可靠地测量出滴答之间的微小差别。

可以通过测量不同的迭代次数ala来执行搜索：

var before = Stopwatch.GetTimestamp();
for (int i = 0; i < iterations; ++i)
{
    action(); // Calling a no-op delegate Action since this cannot be inlined
}
var after = Stopwatch.GetTimestamp();

首先，可以找到一个下限，对于给定数量的iterations，所有的测量值(例如10个)都会产生一个非零的蜱数，将这些测量值保存在long ticksLower[10]中。然后，产生滴答差的最接近可能的迭代次数总是比前10个度量中的任何一个都要高，但在long ticksUpper[10]中除外。

在最坏的情况下，精度将是ticksUpper中最高的滴答减去ticksLower中最低的滴答。

这听起来合理吗？

为什么我想知道Stopwatch的可观测精度？因为这可以用来确定你需要测量的时间长度，以获得一定程度的微基准测量的精度。也就是说，对于3位精度，长度应该是定时器精度的1000倍以上。当然，我们可以用这个长度来多次测量。

Answer 1

秒表类公开一个频率属性，该属性是调用SafeNativeMethods.QueryPerformanceFrequency的直接结果。以下是属性页的摘录：

频率值取决于底层定时机制的分辨率。如果安装的硬件和操作系统支持高分辨率性能计数器，则频率值反映该计数器的频率。否则，频率值是基于系统定时器频率。