iOS/OS Xにおける高精度タイマ

原文住所:https://developer.apple.com/library/content/technotes/tn2169/_index.html
iOS/OS Xにおける高精度タイマ
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Timerの動作原理
iOSとOS Xには、特定の時間を待つことができるAPIがたくさんあります.これらのAPIは、異なるタイプのパラメータを持つCまたはObjective Cによって書かれている可能性がありますが、カーネルでは同じコードで終了します.各タイマに関連するapiは、カーネルに今から10秒など、どのくらい待つ必要があるかを教えます.カーネルは各スレッドを監視し続け、タイマリクエストが来ると、そのスレッドは「10秒後に実行したい」とマークされます.
カーネルはできるだけ中央プロセッサと同期しようとするので、他のタスクが実行されていない場合は、CPUを10秒間寝させ、現在のスレッドを起動して実行します.
もちろん、それは最良の状況であり、実際の光景ではそう簡単ではありません.実行を待つスレッドが多く、タイマ要求があるスレッドが多く、カーネルはすべてのタイマを管理する必要があります.わずかなcpuコアで数万個のスレッドが実行されると、タイマの不正確さが容易に見えます.
高精度のタイマがどのように動作するか
従来のタイマと高精度タイマの唯一の違いは、スレッドのスケジューリングクラスです.リアルタイムスケジューリング状態でのスレッドの優先処理.実行する必要がある場合は、キューの一番前に走ります.10秒後に他のスレッドが実行される場合、リアルタイムスレッドは通常優先的に実行されます.
スレッドをリアルタイムスケジューリング状態にする方法
Listing 1  The following code will move a pthread to the real time scheduling class

#include 

#include 

#include 

void move_pthread_to_realtime_scheduling_class(pthread_t pthread)

{

    mach_timebase_info_data_t timebase_info;

    mach_timebase_info(&timebase_info);

    const uint64_t NANOS_PER_MSEC = 1000000ULL;

    double clock2abs = ((double)timebase_info.denom / (double)timebase_info.numer) * NANOS_PER_MSEC;

    thread_time_constraint_policy_data_t policy;

    policy.period      = 0;

    policy.computation = (uint32_t)(5 * clock2abs); // 5 ms of work

    policy.constraint  = (uint32_t)(10 * clock2abs);

    policy.preemptible = FALSE;

    int kr = thread_policy_set(pthread_mach_thread_np(pthread_self()),

                   THREAD_TIME_CONSTRAINT_POLICY,

                   (thread_policy_t)&policy,

                   THREAD_TIME_CONSTRAINT_POLICY_COUNT);

    if (kr != KERN_SUCCESS) {

        mach_error("thread_policy_set:", kr);

        exit(1);

    }

}

どのスケジューリングAPIを使用すればいいですか?
上記のように、すべてのタイマ関数はカーネルの同じ場所で終了します.しかし、いくつかはもっと効果的です.mach_をお勧めしますwait_until()は、この関数がすべてのタイマAPIで最小のオーバーヘッドを有する.でもmach_があればwait_until()が満たされない特定のニーズ、例えば条件変数を待つ必要がある場合は、適切なAPIを使用することを考慮することができます.
Listing 2  This example code demonstrates using mach_wait_until() to wait exactly 10 seconds.

#include 

#include 

static const uint64_t NANOS_PER_USEC = 1000ULL;

static const uint64_t NANOS_PER_MILLISEC = 1000ULL * NANOS_PER_USEC;

static const uint64_t NANOS_PER_SEC = 1000ULL * NANOS_PER_MILLISEC;

static mach_timebase_info_data_t timebase_info;

static uint64_t abs_to_nanos(uint64_t abs) {

    return abs * timebase_info.numer  / timebase_info.denom;

}

static uint64_t nanos_to_abs(uint64_t nanos) {

    return nanos * timebase_info.denom / timebase_info.numer;

}

void example_mach_wait_until(int argc, const char * argv[])

{

    mach_timebase_info(&timebase_info);

    uint64_t time_to_wait = nanos_to_abs(10ULL * NANOS_PER_SEC);

    uint64_t now = mach_absolute_time();

    mach_wait_until(now + time_to_wait);

}