Boost.Asio の Timer精度調査 (Windows環境)

c/c++ boost windows

要旨

  • 目的：　Boost.Asio には Timerクラスである deadline_timerがある．この時間精度について調べてみる．
  • 調査環境：　Boost 1.44.0, Windows XP (x64)
  • 結論：　date_timeライブラリに依存している．調査環境におけるdate_timeライブラリの時間取得関数はGetSystemTime/GetSystemTimeAsFileTimeである．これらの精度は10ms程度．

boost::asio::deadline_timerクラス

主に関係するヘッダファイルは次の通り：

  • boost/asio/deadline_timer.hpp
    • basic_deadline_timer に boost::posix_time::ptime を与えてtypedef
  • boost/asio/basic_deadline_timer.hpp
    • クラス定義．動作はdeadline_timer_serviceに投げる．
  • boost/asio/deadline_timer_service.hpp
    • 動作の記述．詳細はdetail::deadline_timer_serviceに投げる
  • boost/asio/detail/deadline_timer_service.hpp
    • 動作の詳細定義．

これより，wait()やasync_***()系の定義はを参照すればよい．

これらのファイルの中では，時間に関係する部分はtemplateによって記述されている．最終的に，（現在の実装では）で与えられた boost::posix_time::ptime に依存するようになっている．

読み進めると，タイマーなど分解能を要する時間に関係する部分は，boost::posix_time::microsec_clock に依存するように書かれている．

date_time の時間精度

主に関係するヘッダファイルは次の通り：

  • boost/date_time/microsec_time_clock.hpp
  • boost/date_time/filetime_functions.hpp

micro秒の扱いについて定義しているmicrosec_time_clock.hppを見てみると，82行目あたりに次のような定義を見る．

#ifdef BOOST_HAS_GETTIMEOFDAY
      timeval tv;
      gettimeofday(&tv, 0); //gettimeofday does not support TZ adjust on Linux.
      std::time_t t = tv.tv_sec;
      boost::uint32_t sub_sec = tv.tv_usec;
#elif defined(BOOST_HAS_FTIME)
      winapi::file_time ft;
      winapi::get_system_time_as_file_time(ft);
      uint64_t micros = winapi::file_time_to_microseconds(ft); // it will not wrap, since ft is the current time
                                                               // and cannot be before 1970-Jan-01
      std::time_t t = static_cast<std::time_t>(micros / 1000000UL); // seconds since epoch
      // microseconds -- static casts supress warnings
      boost::uint32_t sub_sec = static_cast<boost::uint32_t>(micros % 1000000UL);
#else
#error Internal Boost.DateTime error: BOOST_DATE_TIME_HAS_HIGH_PRECISION_CLOCK is defined, however neither gettimeofday nor FILETIME support is detected.
#endif

winapi::get_system_time_as_file_time関数 などは filetime_functions.hpp 内で定義されており，たとえば66行目あたりを見ると次のように定義されている．

    typedef FILETIME file_time;
    typedef SYSTEMTIME system_time;

    inline void get_system_time_as_file_time(file_time& ft)
    {
#if BOOST_WORKAROUND(__MWERKS__, BOOST_TESTED_AT(0x3205))
        // Some runtime library implementations expect local times as the norm for ctime.
        file_time ft_utc;
        GetSystemTimeAsFileTime(&ft_utc);
        FileTimeToLocalFileTime(&ft_utc, &ft);
#elif defined(BOOST_NO_GETSYSTEMTIMEASFILETIME)
        system_time st;
        GetSystemTime(&st);
        SystemTimeToFileTime(&st, &ft);
#else
        GetSystemTimeAsFileTime(&ft);
#endif
    }

すなわち，調査環境においては，時間計測はGetSystemTime / GetSystemTimeAsFileTime 関数に依存していることがわかる．これらの関数は精度10ms程度程度である．

結論

調査環境では，Boost.Asioのタイマー系の精度は10ms程度のようであるから，これにあった運用をすべきである．

備考1

Windows環境では，clock (GetSystemTimeAsFileTime依存), GetTickCount, timeGetTime, QueryPerformanceCounter などが利用できる．（TODO: 暇ができたらまとめる・・・か？）

シビアな時間制御をする際は，timeGetTimeや QueryPerformanceCounter を用いて自前で用意をしたほうがよいだろう．

しかし，そもそもAsioの想定しているSocket通信や，非RTOSであるWindowsでそれほどシビアな運用を要求するアプリケーションを作成するのは無茶というもの・・・かもしれない．

備考2

boostのバージョンによって実装は日々変化しているようだ．手元にあった1.44と1.36のソースをざっと見比べてみたが，ファイル構成や関数定義について，さまざまな部分で違いがみられた．

参考