gettimeofday函数精度是多少？测试调用耗时输出0微秒是什么原因？

测试代码存在的问题 #

• 整数除法截断误差：现代x86系统中gettimeofday通过vdso机制实现，不需要陷入内核，单次调用开销仅十几到几十纳秒，远小于1微秒。10万次调用总耗时通常在1~2微秒量级，你使用long类型整数除法计算平均值，小于1的部分会被直接截断为0，自然得到平均耗时为0的错误结果。
• 耗时计算逻辑错误：你直接用两次采样的tv_usec字段相减计算差值，没有考虑跨秒边界的情况：如果测试过程中刚好跨过整数秒，tv_usec会从999999跳转到0，直接相减会得到负数，结果完全失真。
• 测试引入额外开销：你在栈上申请了10万个struct timeval结构的数组，每次调用gettimeofday后都要写入数组，额外的内存写入操作会干扰实际的调用开销测试结果。
• 编译器优化风险：如果开启较高编译优化等级，编译器可能识别到你后续没有使用current_time数组的中间值，直接优化掉部分gettimeofday调用，导致测试结果不符合预期。

对作者表述的理解 #

作者提到的「gettimeofday()返回微秒级时间但不代表精度达到微秒级」是通用场景下的表述，针对不同硬件/系统存在差异：

• 老式系统使用周期触发的PIT时钟，时钟tick间隔通常为1ms~10ms，gettimeofday只会在每次tick时更新时间值，精度就是tick间隔，远低于微秒。
• 现代x86系统默认使用TSC作为时钟源，支持tickless调度，gettimeofday的实际精度可以达到纳秒级，不存在精度不足的问题。

修正后的测试代码 #

#include <stdio.h>
#include <sys/time.h>

// 加大循环次数，降低测量误差
#define MAX_TIMES 10000000

int main() {
    struct timeval start, end;
    long long total_us, avg_ns;
    int i;
    // 预热cache，避免首次调用开销影响结果
    gettimeofday(&start, NULL);

    gettimeofday(&start, NULL);
    for (i = 0; i < MAX_TIMES; ++i) {
        struct timeval tmp;
        gettimeofday(&tmp, NULL);
        // 内存屏障+使用tmp值，防止编译器优化掉gettimeofday调用
        asm volatile("" : : "r"(tmp.tv_usec) : "memory");
    }
    gettimeofday(&end, NULL);

    // 正确计算总耗时
    total_us = (end.tv_sec - start.tv_sec) * 1000000LL + (end.tv_usec - start.tv_usec);
    avg_ns = (total_us * 1000LL) / MAX_TIMES;
    printf("总耗时：%lld us\n单次调用平均耗时：%lld ns\n", total_us, avg_ns);
    return 0;
}

编译运行建议：使用gcc -O2 test.c -o test编译后运行，正常结果为单次调用平均耗时在10~50ns区间。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者shino