[gelöst] Zeitauflösung von Sleep und co. erhöhen?

Dobi

Hallo liebe Community,

mein Problem ist die Auflösung der Zeit beim suspenden vom Threads (sleep).
Diese würde ich gerne erhöhen.
(Ich programmiere mit VC++ Express 2005 unter WinXP SP3.)

Nun zu den Details:

mit dem normalen

void WINAPI GetSystemTimeAsFileTime(
  __out  LPFILETIME lpSystemTimeAsFileTime
);

bekommt man die Zeit ja bekanntlich mit einer Auflösung von ca 12-16ms.
(Wenn ich eine Messung mache, kommen bei mir ca. 15,6ms heraus.)

Da ich bei einer Anwendung eine höhere Präzision benötige, benutze ich

BOOL WINAPI QueryPerformanceFrequency(
  __out  LARGE_INTEGER *lpFrequency
);

und

BOOL WINAPI QueryPerformanceCounter(
  __out  LARGE_INTEGER *lpPerformanceCount
);

.
Das funktioniert auch sehr gut.

Wenn ich allerdings einen Thread für ein paar Millisekunden suspenden will, möchte ich natürlich keine selbstgeschriebene "busy wait"-Funktion benutzen, die die CPU-Last auf 100% jagt, sondern würde das gerne weiterhin vom Kernel interruptgesteuert managen lassen.

VOID WINAPI Sleep(
  __in  DWORD dwMilliseconds
);

hat ja allerdings die niedrige Zeitauflösung.
Gibt es ein hochauflösendes Pendant dazu?

Ich habe auch schon versucht, die Auflösung zu erhöhen

#include <windows.h>
#include <iostream>

using namespace std;

int main( int argc, char* argv[] )
{
	typedef long ( __stdcall *NtQueryTimerResolutionFuncPtr ) ( unsigned long*, unsigned long*, unsigned long* );
	typedef long ( __stdcall *NtSetTimerResolutionFuncPtr ) ( unsigned long, bool, unsigned long* );
	HINSTANCE hntdll = LoadLibrary( "ntdll.dll" );
	if( hntdll == NULL )
		return 1;

    NtSetTimerResolutionFuncPtr NtSetTimerResolution = reinterpret_cast <NtSetTimerResolutionFuncPtr> ( GetProcAddress( hntdll, "NtSetTimerResolution" ) );
	NtQueryTimerResolutionFuncPtr NtQueryTimerResolution = reinterpret_cast <NtQueryTimerResolutionFuncPtr> ( GetProcAddress( hntdll, "NtQueryTimerResolution" ) );

    if ( ( NtQueryTimerResolution == NULL ) || ( NtSetTimerResolution == NULL ) )
		return 2;

	unsigned long minimumResolution( 0 );
	unsigned long maximumResolution( 0 );
	unsigned long currentResolution( 0 );

	NtQueryTimerResolution( &minimumResolution, &maximumResolution, &currentResolution );
	cout << "minimumResolution: " << minimumResolution << "; maximumResolution: " << maximumResolution << "; currentResolution: " << currentResolution << endl;

	unsigned long desiredResolution( ( minimumResolution + maximumResolution ) / 2 );
	bool setResolution( true );
	currentResolution = 0;

	long NtSetTimerResolutionStatus( NtSetTimerResolution( desiredResolution, setResolution, &currentResolution ) );
	cout << "desiredResolution: " << desiredResolution << "; setResolution: " << setResolution << "; currentResolution: " << currentResolution << endl;
	cout << "NtSetTimerResolutionStatus: " << NtSetTimerResolutionStatus << endl;

	return 0;
}

hatte damit aber wie man am der Ausgabe sieht

minimumResolution: 156250; maximumResolution: 10000; currentResolution: 9766
desiredResolution: 83125; setResolution: 1; currentResolution: 9766
NtSetTimerResolutionStatus: 0

auch kein Glück.

Also, es wäre super, wenn mir jemand dabei helfen könnte, entweder ein hochauflösendes Sleep zu finden oder die Zeitauflösung generell zu erhöhen.

Vielen Dank im Voraus
Dobi

hustbaer

Du kannst die meisten Funktionen auf 1-2ms runterbringen, mit timeBeginPeriod().
Besser als das geht soweit ich weiss nicht.

zeusosc

*ABO*

Mmacher

zeusosc schrieb:

*ABO*

Hmm? Abonnement? Abort?
Hilf mir mal bitte auf die Sprünge was Du damit meinst...

Martin

zeusosc

achso,..
das habe noch von mikrocontroller.net,...

D.h. ich will per mail die info erhalten das jemmand sein senf zu diesem thread gegeben hat ohne das ich eigentlich mich daran beteilige...

Quasi ein abo

Dobi

@zeusosc: http://i48.tinypic.com/ostz80.png

@hustbaer: Ich hab' mal

timeBeginPeriod( 1 );
ZeitAusgabeTest();
timeEndPeriod( 1 );

gesagt, aber meine Zeitauflösung hat sich dadurch leider auch nicht verbessert.

12:58:59.031
12:58:59.046
12:58:59.062
12:58:59.078
12:58:59.093
12:58:59.109
12:58:59.125
12:58:59.140
12:58:59.156
12:58:59.171
12:58:59.187
12:58:59.203
12:58:59.218
12:58:59.234
12:58:59.250
12:58:59.265
12:58:59.281

Muss ich dabei noch irgendetwas anderes beachten?
Die Zeit frage ich mit GetSystemTimeAsFileTime ab.

zeusosc

hmm,.... dann mache ich das nächste mal so thx

Hallo Dobi,

wie siet denn

ZeitAusgabeTest

aus ?

Danke, Gruß Frank

Hi

Denke dass bei dir die Funktion ZeitAusgabeTest(); zu viele Cpu cycles braucht! Daher die schlechte Performance.

Lowbyte

Warum brauchst du eine so geringe Auflösung?

Hallo zusammen,

die 16 ms zwischen den Logmeldungen kommen deshalb zustande,
weil es meiner erfahrung nach unter windows (XP) nicht möglich ist sich in kleineren Zeitintervallen (auf nichts) zu suspendieren.

So sorgt z.B. ein Sleep (1) immer für eine Wartezeit von ca. 16 [ms].

Möchte man kleinere Zeitabstände ohne CPU Last warten,
so ist daß meines Wissens nach nur IRQ getrieben per Treiber,
z.B. über Hardwaretimer möglich.

timeBeginPeriod sollte jedoch laut Doku dieses Verhalten beeinflusssen.
Von dieser Funktion wusste ich bisher noch nicht.

@Dobi
Unter http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms686298(VS.85).aspx
steht etwas mehr zu Sleep, timeBeginPeriod und timeGetDevCaps.

Leider auch fast das was ich schon gesagt habe:

"... In my experience, if you set dwMilliseconds to a value greater than 0 but less than one tick (e.g. Sleep(1);), the thread will sleep for at least one tick. So if one tick is 1/64 second (15.625ms), and you Sleep(1);, your thread will (in my experience) sleep for at least 15.625ms ..."

Gruß Frank

geeky

Sleep(...) kann man prima durch nen Waitable Timer ersetzen:

// Einmal erzeugen:
HANDLE waitHandle = CreateWaitableTimer(NULL, true, NULL);

// Dieser Teil wäre jeweils unser Sleep()-Aufruf:
///////////////////////////////////////////////////
LARGE_INTEGER DueTime;
// Hier DueTime setzen (in 100ns Einheiten)

// Timer setzen:
SetWaitableTimer(waitHandle, &DueTime, 0, NULL, NULL, false);

// Auf den Timer warten (frisst keine CPU-Power):
WaitForSingleObject(waitHandle,INFINITE);

///////////////////////////////////////////////////

// Wenn der Timer irgendwann nicht mehr gebraucht wird, aufräumen:
CloseHandle(waitHandle);

...das scheint zumindest auf meinem System gegenüber Sleep() ziemlich genau zu sein. Das Ding kann (wenn man den letzten Parameter bei SetWaitableTimer auf true setzt) scheinbar sogar das System wieder aus dem Standby holen...

Hallo geeky,

was ist denn "ziemlich genau" ?

Es geht darum weniger als 15 ms (z.B. 3 ms) zu Warten ohne busy zu laufen.

Danke Gruß Frank

geeky

Auf meinem System (Win7, 64bit) schafft das scheinbar 1-2ms (allerdings weiss ich nicht ob man dem C# DateTime-Dingen da trauen kann, GetTickCount()-Differenz liefert 0)

Dobi

Frank Erdorf schrieb:

Hallo Dobi,
wie siet denn
ZeitAusgabeTest
aus ?
Danke, Gruß Frank

Ich polle ständig die Zeit und gebe sie aus sobald sie sich geändert hat.

lowbyte_ schrieb:

Hi
Denke dass bei dir die Funktion ZeitAusgabeTest(); zu viele Cpu cycles braucht! Daher die schlechte Performance.
Lowbyte

Nein, daran liegt es nicht. Wenn ich nach jedem Pollen ausgebe, habe ich die gleiche Zeit viele Male untereinander stehen und dann den Sprung.
Das Pollen und die Ausgabe verbraucht also wesentlich weniger als die Vierundsechzigstelsekunde.

_Luckie schrieb:

Warum brauchst du eine so geringe Auflösung?

Ich brauche eine so hohe Auflösung für das Timing bei der Kommunikation mit einer SPS.

@Frank: Mir ist aufgefallen, dass ein Sleep von zb. 10 manchmal aber auch auch schon viel zu früh zurückkommt. Ich vermute mal, dass das passiert, wenn man es ganz kurz vor so einem Zeitsprung aufruft.

@geeky: Werde deinen Vorschlag auch mal ausprobieren und dann berichten.

Ich weiß zwar nicht, was eine SPS ist, aber dir sollte bewusst sein, dass Windows kein Echtzeitbetriebssystem ist. Deswegen würde ich das Konzept noch mal überdenken.

Hi

Klar ist Windows Echtzeit fähig ! Warum nicht ?

lowbyte

Wegen dem Scheduling, du Schlaumeier

Hi

Windows ist Echzeitfähig du schlaumeier. Da hilft dir dir ausrede von scheduler auch nicht !!!

Du bist ein schlaumeier Und hasst wohl keine Ahnung.

lowbyte

Hi

Klar ist es wegen dem Scheduling nicht möglich genauer als 10ms zu sein. Doch 10ms sind Echtzeit !Und mich musst du nicht Schlaumeier nennen, ich weis von was ich rede ! ok!

Nichts für ungut.

lowbyte

Hi

Poste mal was aus mikrocontroller.net

Noch etwas zu den Betriebssystemen:

Die Reaktionszeit auf ein Ereignis (Timerinterrupt oder externes
Signal) hängt im Wesentlichen von den folgenden Faktoren ab:

1. Zeit bis zum Aufruf des entsprechenden Interrupthandlers

2. Zeit bis der Scheduler einen auf das Ereignis wartenden
Anwendungsprozess/-thread aufgeweckt hat

3. Zeit, die der Anwendungsprozess für die Bearbeitung benötigt

Für 3 ist der Anwendungsprogrammierer verantwortlich. Mit schlechter
Programmierung kann man die beste Echtzeitfähigkeit eines Betriebs-
systems kaputt machen.

Punkt 2 hängt von der Anzahl der laufenden Prozesse, deren Zustand
(schlafend, aktiv) und deren Priorisierung ab. In Linux (und soviel
ich weiß, auch in Windows) gibt es so genannte Real-Time-Threads, die
Priorität über sämtliche gewöhnlichen Threads haben. Die Zeitdauer für
deren Aufwecken sollte konstant sein und liegt schätzungsweise maximal
in ein- bis zweistelligen µs-Bereich. Tatsächlich könnte es sein, dass
diese Zeit noch etwas von der Gesamtzahl der existierenden Threads
abhängt (kenne die internen Algorithmen nicht genau). Aber das sollte
bei Echtzeitanforderungen im ms-Bereich keine Rolle spielen.

Wenn von den Real-Time-Threads kein Gebrauch gemacht wird, hängt die
Zeit bis zum Aufwecken sehr stark von anderen laufenden Anwendungen
ab. Nur wenn man deren Verhalten genau kennt, ist eine Abschätzung der
Zeit möglich. Sonst kann sie theoretisch beliebig hoch werden. Zu den
"anderen Anwendungen" gehören nicht nur die vom Benutzer selbst,
sondern auch die vom Betriebssystem automatisch gestarteten Prozesse
(in Windows die Dienste, in Linux die Dämonen), so dass eine
Abschätzung meist schwierig ist. Aber, wie gesagt, dies kann man mit
den Real-Time-Threads in den Griff bekommen.

Bleibt Punkt 1, die Zeit bist zur Ausführung des Interrupthandlers.
Diese ist ebenfalls schwer abzuschätzen, da der Kernel und jeder
Treiber die Möglichkeit hat, Interrupts für eine beliebig lange Zeit
zu sperren. Die Zeit hängt also stark von den aktiven Treibern ab, die
insbesondere bei Windows aus ganz unterschiedlichen Quellen stammen.
Linux hat es da etwas leichter, da fast alle Treiber Bestandteil des
offiziellen Kernelpakets sind. Baut ein Treiberentwickler exzessive
Interruptsperren in seinen Code ein, wird ihm ziemlich schnell von
anderen Kernelentwicklern auf die Finger geklopft. Bei Windows gibt es
diese Kontrolle höchstens bei den von MS offiziell unterstützten
Treibern.

Ein weiterer Punkt, der speziell timergesteuerte Aktivitäten betrifft,
ist die Timerauflösung. Sie beträgt bei Windows 10ms*, d.h. es ist
Anwendungsebene unmöglich, zyklische Aktivitäten mit mehr als 100Hz zu
realisieren (auf Treiberebene geht das schon, aber dann muss man eben
in die Treiberprogrammierung einsteigen). Unter Linux beträgt die
Auflösung wahlweise 10ms, 3ms oder 1ms, wobei letztere der Default bei
Desktopsystemen ist.

Ah, habe gerade bei Heinz gelesen, dass auch 1ms möglich ist. Das
habe ich vorher nicht gewusst.

Da Linux in letzter Zeit immer häufiger in Steuerungsanwendungen
eingesetzt wird, sind die Entwickler bestrebt, die Latenzzeiten weiter
zu senken. So sind seit Version 2.6 die Kernelroutinen unterbrech-
bar, was sie früher nicht waren und in Windows m.W. auch nicht sind.
Ohne diese "Kernel-Preemption" blockieren Aufrufe von Kernelroutinen
aus Anwendungsprogrammen (z.B. für I/O) das komplette System teilweise
bis in den ms-Bereich.

Zusätzlich gibt es für Linux den Real-Time-Patch von Ingo Molnar, der
u.a. die Interruptsperrzeiten weiter verkürzt.

Fazit:

- Harte Echtzeit ist in Window und Standard-Linux nicht möglich.

- Weiche Echtzeit geht bei Windows in der Größenordnung von 30ms.
Beispiel aus eigener Erfahrung: Ein zyklischer Thread, der timer-
gesteuert alle 100ms aktiviert wird, wies einen Jitter von ca.
20 bis 30ms auf. Man muss aber mit sporadische Ausreißern rechnen,
bei denen Verzögerungen bis in den Sekundenbereich auftreten.

- Weiche Echtzeit geht in Linux in der Größenordnung von 4ms. Beispiel
aus eigener Erfahrung: Ein zyklischer Thread, der timer- gesteuert
alle 5ms aktiviert wird, wies einen Jitter von ca. 2ms auf. Sporadi-
sche Ausreißer lagen in der Größenordnung von 20ms. Man muss aber
dazu sagen, dass es sich um eine sehr schlanke Linuxinstallation
handelte, bei der nur der Anwendungs- und die nötigsten System-
prozesse aktiv waren. Der Kernel war aber standardmäßig und
ungepatcht.

- "Fast" harte Echtzeit geht in Linux mit dem Real-Time-Patch im
Bereich von 200-400ns, hab's aber selber noch nicht intensiv
getestet. Infos gibt's z.B. hier:

http://www.captain.at/howto-linux-real-time-patch.php

- Richtig hart und schnell geht es mit speziellen Real-Time-Kerneln,
die praktisch unter den normalen Kernel geschoben werden und diesen
als niederpriorisierten Thread ausführen. Beispiele: RT-Linux (schon
mal gestestet) und RTAI, für Windows gibt's wohl vergleichbares.
Damit lassen sich Latenzzeiten erreichen, die garantiert im
µs-Bereich liegen, erreichen. Nachteil: Das API für System- und
I/O-Funktionen unterscheidet sich prinzipbedingt von dem, was man
gewohnt ist, so dass man sich in die Programmierung erst einarbeiten
muss. Es gibt aber Kommunikationschnittstellen zwischen Echtzeit-
und Nichtechtzeitebene, so dass man i.Allg. nur einen kleinen Teil
einer Anwendung für die Ausführung in dieser "Kellerebene" portieren
muss.

Anmerkung: Die angegeben Zahlenwerte sind keine fundierten Messdaten
und hängen auch natürlich stark von der eingesetzten Hardware ab. Sie
sollen lediglich einen Eindruck der Größenordnungen vermitteln.

lowbyte