結果の解釈

Good results will show most (>90%) individual timing calls take less than one microsecond. Average per loop overhead will be even lower, below 100 nanoseconds. This example from an Intel i7-860 system using a TSC clock source shows excellent performance: 良い結果では、個々の時間計測のほとんど(90%以上)が1マイクロ秒未満になります。 ループあたりの平均オーバーヘッド(per loop time)の値はさらに小さく、100ナノ秒未満になります。 以下の例はIntel i7-860システムでTSC時計を使ったもので、非常に良い性能を示しています。

Testing timing overhead for 3 seconds.
Per loop time including overhead: 35.96 ns
Histogram of timing durations:
  < us   % of total      count
     1     96.40465   80435604
     2      3.59518    2999652
     4      0.00015        126
     8      0.00002         13
    16      0.00000          2

Note that different units are used for the per loop time than the histogram. The loop can have resolution within a few nanoseconds (ns), while the individual timing calls can only resolve down to one microsecond (us). ループあたりの時間(per loop time)とヒストグラム(histogram)で時間の単位が異なることに注意して下さい。 ループは数ナノ秒(ns)以内の精度を持つことができますが、個々の時間計測の呼び出しは1マイクロ秒(us)までの精度にしかできません。

エグゼキュータの時間計測オーバーヘッドの測定

When the query executor is running a statement using <command>EXPLAIN ANALYZE</command>, individual operations are timed as well as showing a summary. The overhead of your system can be checked by counting rows with the <application>psql</application> program: 問い合わせエグゼキュータがEXPLAIN ANALYZEを使って文を実行するとき、要約を表示する他に、個々のオペレーションについての時間計測もされます。 次のpsqlプログラムで行を数えれば、システムのオーバーヘッドを調べることができます。

CREATE TABLE t AS SELECT * FROM generate_series(1,100000);
\timing
SELECT COUNT(*) FROM t;
EXPLAIN ANALYZE SELECT COUNT(*) FROM t;

The i7-860 system measured runs the count query in 9.8 ms while the <command>EXPLAIN ANALYZE</command> version takes 16.6 ms, each processing just over 100,000 rows. That 6.8 ms difference means the timing overhead per row is 68 ns, about twice what pg_test_timing estimated it would be. Even that relatively small amount of overhead is making the fully timed count statement take almost 70% longer. On more substantial queries, the timing overhead would be less problematic. 測定に使ったi7-860システムでは、countの問い合わせを9.8ミリ秒で実行しましたが、EXPLAIN ANALYZEをつけたときは16.6ミリ秒かかりました。どちらの問い合わせもちょうど10万行を処理しています。 この6.8ミリ秒の差は、行あたりの時間計測のオーバーヘッドが68ナノ秒であることを示しており、これはpg_test_timingによる推定値の約2倍です。 この比較的小さな量のオーバーヘッドでも、countの文の完全な時間計測をすると70%長くかかりました。 もっと本質的な問い合わせでは、時間計測のオーバーヘッドはあまり問題にならないでしょう。

時間の測定源の変更

On some newer Linux systems, it's possible to change the clock source used to collect timing data at any time. A second example shows the slowdown possible from switching to the slower acpi_pm time source, on the same system used for the fast results above: 一部の新しいLinuxシステムでは、時間データの収集に使う時計をいつでも変更することができます。 2番目の例は、時間の測定源を、より遅いacpi_pmに変更することで、上の速い結果で使われたのと同じシステムでも、遅い結果が出るかもしれないことを示しています。

# cat /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/available_clocksource
tsc hpet acpi_pm
# echo acpi_pm > /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/current_clocksource
# pg_test_timing
Per loop time including overhead: 722.92 ns
Histogram of timing durations:
  < us   % of total      count
     1     27.84870    1155682
     2     72.05956    2990371
     4      0.07810       3241
     8      0.01357        563
    16      0.00007          3

In this configuration, the sample <command>EXPLAIN ANALYZE</command> above takes 115.9 ms. That's 1061 ns of timing overhead, again a small multiple of what's measured directly by this utility. That much timing overhead means the actual query itself is only taking a tiny fraction of the accounted for time, most of it is being consumed in overhead instead. In this configuration, any <command>EXPLAIN ANALYZE</command> totals involving many timed operations would be inflated significantly by timing overhead. この構成では、上のEXPLAIN ANALYZEの例の実行に115.9ミリ秒かかりました。 つまり、時間計測に1061ナノ秒のオーバーヘッドとなりますが、やはりこのユーティリティによって直接測定したものに小さな数を掛けた程度の値です。 この大きな時間計測のオーバーヘッドは、実際の問い合わせ自体は問い合わせに要した時間の本の一部を占めるだけで、大半はオーバーヘッドによって使われている、ということを示しています。 この構成では、多くの時間計測オペレーションを含むEXPLAIN ANALYZEの合計は、時間計測のオーバーヘッドにより非常に大きな値になるでしょう。

FreeBSD also allows changing the time source on the fly, and it logs information about the timer selected during boot: FreeBSDでも時間の測定源を実行時に変更することができ、起動時に、選択されたタイマーに関する情報をログ出力します。

# dmesg | grep "Timecounter"
Timecounter "ACPI-fast" frequency 3579545 Hz quality 900
Timecounter "i8254" frequency 1193182 Hz quality 0
Timecounters tick every 10.000 msec
Timecounter "TSC" frequency 2531787134 Hz quality 800
# sysctl kern.timecounter.hardware=TSC
kern.timecounter.hardware: ACPI-fast -> TSC

Other systems may only allow setting the time source on boot. On older Linux systems the "clock" kernel setting is the only way to make this sort of change. And even on some more recent ones, the only option you'll see for a clock source is "jiffies". Jiffies are the older Linux software clock implementation, which can have good resolution when it's backed by fast enough timing hardware, as in this example: 他のシステムでは、起動時にのみ時間の測定源を設定することができます。 古いLinuxシステムでは"clock"のカーネル設定が、この種の変更をする唯一の方法でした。 比較的新しいLinuxでも、時計についての唯一のオプションが"jiffies"であるということもあります。 jiffiesはLinuxの古いソフトウェア時計の実装で、十分に速い時間測定のハードウェアがあれば、以下の例のように良い精度を出すことができます。

$ cat /sys/devices/system/clocksource/clocksource0/available_clocksource
jiffies
$ dmesg | grep time.c
time.c: Using 3.579545 MHz WALL PM GTOD PIT/TSC timer.
time.c: Detected 2400.153 MHz processor.
$ pg_test_timing
Testing timing overhead for 3 seconds.
Per timing duration including loop overhead: 97.75 ns
Histogram of timing durations:
  < us   % of total      count
     1     90.23734   27694571
     2      9.75277    2993204
     4      0.00981       3010
     8      0.00007         22
    16      0.00000          1
    32      0.00000          1

時計のハードウェアと時間測定の正確さ

Collecting accurate timing information is normally done on computers using hardware clocks with various levels of accuracy. With some hardware the operating systems can pass the system clock time almost directly to programs. A system clock can also be derived from a chip that simply provides timing interrupts, periodic ticks at some known time interval. In either case, operating system kernels provide a clock source that hides these details. But the accuracy of that clock source and how quickly it can return results varies based on the underlying hardware. コンピュータでの正確な時間情報の収集は通常はハードウェアクロックを用いて行われ、その正確さのレベルは様々です。 一部のハードウェアでは、オペレーティングシステムはシステムクロックの時間をほぼ直接にプログラムに渡すことができます。 システムクロックは、ある一定の時間ごとの単純な時間の割り込みを起こすチップによって提供されることもあります。 いずれの場合でも、オペレーティングシステムのカーネルは、これらの詳細を隠して時間の測定源を提供します。 しかし時間の測定源の正確さ、および結果を返す速さは、その基となっているハードウェアに依存して変わります。

Inaccurate time keeping can result in system instability. Test any change to the clock source very carefully. Operating system defaults are sometimes made to favor reliability over best accuracy. And if you are using a virtual machine, look into the recommended time sources compatible with it. Virtual hardware faces additional difficulties when emulating timers, and there are often per operating system settings suggested by vendors. 時間を正確に保つことができないと、システムが不安定になることがあります。 時間の測定源へのすべての変更について、非常に注意深く検査してください。 オペレーティングシステムのデフォルトは、正確であることよりも信頼できることを重視して設定されているかも知れません。 仮想マシンを使っている場合は、それと互換性があるとして推奨されている時間の測定源を調べてください。 仮想マシンではタイマーをエミュレートするのに通常以上の困難があり、ベンダによって推奨されるオペレーティングシステムごとの設定があることもあります。

The Time Stamp Counter (TSC) clock source is the most accurate one available on current generation CPUs. It's the preferred way to track the system time when it's supported by the operating system and the TSC clock is reliable. There are several ways that TSC can fail to provide an accurate timing source, making it unreliable. Older systems can have a TSC clock that varies based on the CPU temperature, making it unusable for timing. Trying to use TSC on some older multicore CPUs can give a reported time that's inconsistent among multiple cores. This can result in the time going backwards, a problem this program checks for. And even the newest systems can fail to provide accurate TSC timing with very aggressive power saving configurations. タイムスタンプカウンタ(TSC)は、現行世代のCPU上で利用可能な最も正確な時間の測定源です。 オペレーティングシステムがTSCクロックをサポートしていて、それが信頼出来るなら、システム時間をTSCで測ることが望ましいです。 TSCが正確な時間測定源とならず、信頼できなくなる場合がいくつかあります。 古いシステムでは、TSCの時計がCPUの温度に依存して変化するため、時間測定には利用できません。 一部の古いマルチコアCPUでTSCを使うと、複数のコアの間で一貫しない時間が得られることがあります。 この場合、時計が逆戻りすることがありますが、それがこのプログラムが検査対象としている問題の1つです。 また最新のシステムでも、非常に積極的に電力節減を実施する設定の場合には、TSCの時間計測が不正確になることがあります。

Newer operating systems may check for the known TSC problems and switch to a slower, more stable clock source when they are seen. If your system supports TSC time but doesn't default to that, it may be disabled for a good reason. And some operating systems may not detect all the possible problems correctly, or will allow using TSC even in situations where it's known to be inaccurate. 新しいオペレーティングシステムには、既知のTSCの問題について検査し、問題が検出されると、遅いが、より安定した時間測定源を使うようにするものもあります。 システムがTSC時計をサポートしているけれど、それがデフォルトになっていないとしたら、何らかの正しい理由によって無効にされたのかもしれません。 一部のオペレーティングシステムでは、発生しうるすべての問題について正しく検知できないかも知れませんし、またTSCが正確でないとわかっている状況でもTSCを利用可能にするかも知れません。

The High Precision Event Timer (HPET) is the preferred timer on systems where it's available and TSC is not accurate. The timer chip itself is programmable to allow up to 100 nanosecond resolution, but you may not see that much accuracy in your system clock. 高精度イベントタイマー(HPET)は、それが利用可能で、TSCが不正確なシステムにおいて、望ましいタイマーです。 タイマーのチップ自体は、100ナノ秒単位の精度までプログラム可能ですが、システムクロックによっては、そこまでの正確さはないこともあります。

Advanced Configuration and Power Interface (ACPI) provides a Power Management (PM) Timer, which Linux refers to as the acpi_pm. The clock derived from acpi_pm will at best provide 300 nanosecond resolution. ACPI(Advanced Configuration and Power Interface)は電源制御（ＰＭ）タイマーを提供し、Linuxはこれをacpi_pmとして参照します。 acpi_pmを利用した時計は、最高で300ナノ秒までの精度を提供します。

Timers used on older PC hardware include the 8254 Programmable Interval Timer (PIT), the real-time clock (RTC), the Advanced Programmable Interrupt Controller (APIC) timer, and the Cyclone timer. These timers aim for millisecond resolution. 古いPCハードウェアで使われていたタイマーには、8254プログラマブルインターバルタイマー(PIT)、リアルタイムクロック(RTC)、APIC(Advanced Programmable Interrupt Controller)タイマー、サイクロン(Cyclone)などがあります。 これらのタイマーは、ミリ秒の精度を目指したものです。