Pythonでミリ秒とマイクロ秒の解像度のタイムスタンプを取得する方法

Question

私は最終的にこれを理解しました、そして知識を共有して誰かにたくさんの時間を節約したいので、以下の私の答えを見てください。 ただし、Linuxについてはまだ回答が必要です。私の回答のコードはWindowsのみであるため、知っている場合は回答してください。

更新：Python 3.3より前（例：Raspberry Piの場合）を含め、Linuxでもそれを理解し、新しいモジュール/コードを以下の回答に投稿しました。

私の元の質問：Pythonでミリ秒とマイクロ秒の解像度のタイムスタンプを取得するにはどうすればよいですか？ ArduinoのようなdelayおよびdelayMicroseconds（）関数も必要です

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2018年12月19日更新：この質問を重複としてマークしないでください。間違いがない場合は、他の場所で回答があると言ってください。

この質問は、数か月前に this one の重複としてマークされました。こちらをご覧ください：

「この質問にはすでにここで答えがあります」と書かれています。残念ながら、それは真実ではありません。私は数年前にこの質問をする前にそれらの回答を読みましたが、彼らは私の質問に答えず、私のニーズも満たしていません。 Pythonの前にあるtimeモジュールに依存しているため、残念ながら間違っているため、ここで最も投票されていない回答と同じように、これらは私の質問には適用できません。 = 3.3には、いかなるタイプの保証された解像度もありませんでした。

質問をもう一度開いてください。重複ではありません。別の質問からの事前回答はありません。すでに回答が含まれているとしてリンクされた質問は、timeモジュールに依存しており、その解決策は至る所にあると述べています。ここで最も支持されている回答は、16ミリ秒の回答を使用したWindowsの解像度を引用しています。これは、ここで提供した私の回答（0.5 usの解像度）よりも32000倍悪いです。 。ここでも、1 msおよび1 us（または同様の）解像度が必要でした、NOT16000 us解像度。したがって、それは重複ではありません。

御時間ありがとうございます。 :)

関連：

1. C++で正確な実行時間を取得する（マイクロ秒）

Answer 1

Windowsの場合： Linux（Python 3.3より前でも動作します）とWindowsの両方の完全に機能するモジュールを次に示します。

関数とコードサンプル。
機能は次のとおりです。

• micros（）
• millis（）
• ディレイ（）
• delayMicroseconds（）

Pythonコードモジュール：

_"""
GS_timing.py
-create some low-level Arduino-like millis() (milliseconds) and micros() 
 (microseconds) timing functions for Python 
By Gabriel Staples
http://www.ElectricRCAircraftGuy.com 
-click "Contact me" at the top of my website to find my email address 
Started: 11 July 2016 
Updated: 13 Aug 2016 

History (newest on top): 
20160813 - v0.2.0 created - added Linux compatibility, using ctypes, so that it's compatible with pre-Python 3.3 (for Python 3.3 or later just use the built-in time functions for Linux, shown here: https://docs.python.org/3/library/time.html)
-ex: time.clock_gettime(time.CLOCK_MONOTONIC_RAW)
20160711 - v0.1.0 created - functions work for Windows *only* (via the QPC timer)

References:
WINDOWS:
-personal (C++ code): GS_PCArduino.h
1) Acquiring high-resolution time stamps (Windows)
   -https://msdn.Microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/dn553408(v=vs.85).aspx
2) QueryPerformanceCounter function (Windows)
   -https://msdn.Microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms644904(v=vs.85).aspx
3) QueryPerformanceFrequency function (Windows)
   -https://msdn.Microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/ms644905(v=vs.85).aspx
4) LARGE_INTEGER union (Windows)
   -https://msdn.Microsoft.com/en-us/library/windows/desktop/aa383713(v=vs.85).aspx

-*****https://stackoverflow.com/questions/4430227/python-on-win32-how-to-get-
absolute-timing-cpu-cycle-count

LINUX:
-https://stackoverflow.com/questions/1205722/how-do-i-get-monotonic-time-durations-in-python


"""

import ctypes, os 

#Constants:
VERSION = '0.2.0'

#-------------------------------------------------------------------
#FUNCTIONS:
#-------------------------------------------------------------------
#OS-specific low-level timing functions:
if (os.name=='nt'): #for Windows:
    def micros():
        "return a timestamp in microseconds (us)"
        tics = ctypes.c_int64()
        freq = ctypes.c_int64()

        #get ticks on the internal ~2MHz QPC clock
        ctypes.windll.Kernel32.QueryPerformanceCounter(ctypes.byref(tics)) 
        #get the actual freq. of the internal ~2MHz QPC clock
        ctypes.windll.Kernel32.QueryPerformanceFrequency(ctypes.byref(freq))  

        t_us = tics.value*1e6/freq.value
        return t_us

    def millis():
        "return a timestamp in milliseconds (ms)"
        tics = ctypes.c_int64()
        freq = ctypes.c_int64()

        #get ticks on the internal ~2MHz QPC clock
        ctypes.windll.Kernel32.QueryPerformanceCounter(ctypes.byref(tics)) 
        #get the actual freq. of the internal ~2MHz QPC clock 
        ctypes.windll.Kernel32.QueryPerformanceFrequency(ctypes.byref(freq)) 

        t_ms = tics.value*1e3/freq.value
        return t_ms

Elif (os.name=='posix'): #for Linux:

    #Constants:
    CLOCK_MONOTONIC_RAW = 4 # see <linux/time.h> here: https://github.com/torvalds/linux/blob/master/include/uapi/linux/time.h

    #prepare ctype timespec structure of {long, long}
    class timespec(ctypes.Structure):
        _fields_ =\
        [
            ('tv_sec', ctypes.c_long),
            ('tv_nsec', ctypes.c_long)
        ]

    #Configure Python access to the clock_gettime C library, via ctypes:
    #Documentation:
    #-ctypes.CDLL: https://docs.python.org/3.2/library/ctypes.html
    #-librt.so.1 with clock_gettime: https://docs.Oracle.com/cd/E36784_01/html/E36873/librt-3lib.html #-
    #-Linux clock_gettime(): http://linux.die.net/man/3/clock_gettime
    librt = ctypes.CDLL('librt.so.1', use_errno=True)
    clock_gettime = librt.clock_gettime
    #specify input arguments and types to the C clock_gettime() function
    # (int clock_ID, timespec* t)
    clock_gettime.argtypes = [ctypes.c_int, ctypes.POINTER(timespec)]

    def monotonic_time():
        "return a timestamp in seconds (sec)"
        t = timespec()
        #(Note that clock_gettime() returns 0 for success, or -1 for failure, in
        # which case errno is set appropriately)
        #-see here: http://linux.die.net/man/3/clock_gettime
        if clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC_RAW , ctypes.pointer(t)) != 0:
            #if clock_gettime() returns an error
            errno_ = ctypes.get_errno()
            raise OSError(errno_, os.strerror(errno_))
        return t.tv_sec + t.tv_nsec*1e-9 #sec 

    def micros():
        "return a timestamp in microseconds (us)"
        return monotonic_time()*1e6 #us 

    def millis():
        "return a timestamp in milliseconds (ms)"
        return monotonic_time()*1e3 #ms 

#Other timing functions:
def delay(delay_ms):
    "delay for delay_ms milliseconds (ms)"
    t_start = millis()
    while (millis() - t_start < delay_ms):
      pass #do nothing 
    return

def delayMicroseconds(delay_us):
    "delay for delay_us microseconds (us)"
    t_start = micros()
    while (micros() - t_start < delay_us):
      pass #do nothing 
    return 

#-------------------------------------------------------------------
#EXAMPLES:
#-------------------------------------------------------------------
#Only executute this block of code if running this module directly,
#*not* if importing it
#-see here: http://effbot.org/pyfaq/tutor-what-is-if-name-main-for.htm
if __name__ == "__main__": #if running this module as a stand-alone program

    #print loop execution time 100 times, using micros()
    tStart = micros() #us
    for x in range(0, 100):
        tNow = micros() #us
        dt = tNow - tStart #us; delta time 
        tStart = tNow #us; update 
        print("dt(us) = " + str(dt))

    #print loop execution time 100 times, using millis()
    print("\n")
    tStart = millis() #ms
    for x in range(0, 100):
        tNow = millis() #ms
        dt = tNow - tStart #ms; delta time 
        tStart = tNow #ms; update 
        print("dt(ms) = " + str(dt))

    #print a counter once per second, for 5 seconds, using delay 
    print("\nstart")
    for i in range(1,6):
        delay(1000)
        print(i)

    #print a counter once per second, for 5 seconds, using delayMicroseconds
    print("\nstart")
    for i in range(1,6):
        delayMicroseconds(1000000)
        print(i)
_

Linuxで上記のミリ秒とマイクロ秒の解像度のタイムスタンプを取得する方法を知っている場合は、投稿してください。これも非常に役立つためです。

タイムスタンプを読み取るためにctypesモジュールを介してC関数を使用しているため、これはLinux 3.3（Python 3.3以前を含む）でも機能します。

（注：最初にここに投稿された上記のコード： http://www.electricrcaircraftguy.com/2016/07/arduino-like-millisecond-and-microsecond-timestamps-in-python.html ）

@ArminRonacherのPython 3.3より前のLinuxの素晴らしい答えをここに感謝します https://stackoverflow.com/a/1205762/4561887

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更新：Python 3.3以前、組み込みPythonタイムライブラリ（ https://docs.python.org/3.5/library /time.html ）には明示的に高解像度の関数はありませんでしたが、現在はいくつかの高解像度関数を含む他のオプションを提供しています。

ただし、上記の私のモジュールは、Pythonコードの前のコードPython 3.3、および後のおよびLinuxとWindowsの両方でそうします。

これが私の意味の例です。time.sleep()関数は必ずしも高解像度関数ではないことを示しています。 *私のWindowsマシンでは、解像度はおそらく最大8msですが、上記の私のモジュールは0.5usの解像度（16000倍良い！）同じマシンで。

コードのデモ：

_import time
import GS_timing as timing

def delayMicroseconds(n):
    time.sleep(n / 1000000.)

def delayMillisecond(n):
    time.sleep(n / 1000.)

t_start = 0
t_end = 0

#using time.sleep
print('using time.sleep')
print('delayMicroseconds(1)')
for x in range(10):
    t_start = timing.micros() #us 
    delayMicroseconds(1)
    t_end = timing.micros() #us
    print('dt (us) = ' + str(t_end - t_start))
print('delayMicroseconds(2000)')
for x in range(10):
    t_start = timing.micros() #us 
    delayMicroseconds(2000)
    t_end = timing.micros() #us
    print('dt (us) = ' + str(t_end - t_start))

#using GS_timing
print('\nusing GS_timing')
print('timing.delayMicroseconds(1)')
for x in range(10):
    t_start = timing.micros() #us 
    timing.delayMicroseconds(1)
    t_end = timing.micros() #us
    print('dt (us) = ' + str(t_end - t_start))
print('timing.delayMicroseconds(2000)')
for x in range(10):
    t_start = timing.micros() #us 
    timing.delayMicroseconds(2000)
    t_end = timing.micros() #us
    print('dt (us) = ' + str(t_end - t_start))
_

---

WINDOWS 8.1マシンでのサンプル結果（time.sleepのパフォーマンスがどれだけ悪いかに注意してください）：

_using time.sleep
delayMicroseconds(1)
dt (us) = 2872.059814453125
dt (us) = 886.3939208984375
dt (us) = 770.4649658203125
dt (us) = 1138.7698974609375
dt (us) = 1426.027099609375
dt (us) = 734.557861328125
dt (us) = 10617.233642578125
dt (us) = 9594.90576171875
dt (us) = 9155.299560546875
dt (us) = 9520.526611328125
delayMicroseconds(2000)
dt (us) = 8799.3056640625
dt (us) = 9609.2685546875
dt (us) = 9679.5439453125
dt (us) = 9248.145263671875
dt (us) = 9389.721923828125
dt (us) = 9637.994262695312
dt (us) = 9616.450073242188
dt (us) = 9592.853881835938
dt (us) = 9465.639892578125
dt (us) = 7650.276611328125

using GS_timing
timing.delayMicroseconds(1)
dt (us) = 53.3477783203125
dt (us) = 36.93310546875
dt (us) = 36.9329833984375
dt (us) = 34.8812255859375
dt (us) = 35.3941650390625
dt (us) = 40.010986328125
dt (us) = 38.4720458984375
dt (us) = 56.425537109375
dt (us) = 35.9072265625
dt (us) = 36.420166015625
timing.delayMicroseconds(2000)
dt (us) = 2039.526611328125
dt (us) = 2046.195068359375
dt (us) = 2033.8841552734375
dt (us) = 2037.4747314453125
dt (us) = 2032.34521484375
dt (us) = 2086.2059326171875
dt (us) = 2035.4229736328125
dt (us) = 2051.32470703125
dt (us) = 2040.03955078125
dt (us) = 2027.215576171875
_

---

Raspberry Pi VERSION 1 B +のサンプル結果（time.sleepと私のモジュールを使用した結果は基本的に同じであることに注意してください...timeの低レベル関数は、ここではLinuxマシンであるため、すでにより高い解像度のタイマーにアクセスしています（Raspbianを実行しています）...しかし、私の_GS_timing_モジュールでは、CLOCK_MONOTONIC_RAWタイマーを明示的に呼び出しています。

_using time.sleep
delayMicroseconds(1)
dt (us) = 1022.0
dt (us) = 417.0
dt (us) = 407.0
dt (us) = 450.0
dt (us) = 2078.0
dt (us) = 393.0
dt (us) = 1297.0
dt (us) = 878.0
dt (us) = 1135.0
dt (us) = 2896.0
delayMicroseconds(2000)
dt (us) = 2746.0
dt (us) = 2568.0
dt (us) = 2512.0
dt (us) = 2423.0
dt (us) = 2454.0
dt (us) = 2608.0
dt (us) = 2518.0
dt (us) = 2569.0
dt (us) = 2548.0
dt (us) = 2496.0

using GS_timing
timing.delayMicroseconds(1)
dt (us) = 572.0
dt (us) = 673.0
dt (us) = 1084.0
dt (us) = 561.0
dt (us) = 728.0
dt (us) = 576.0
dt (us) = 556.0
dt (us) = 584.0
dt (us) = 576.0
dt (us) = 578.0
timing.delayMicroseconds(2000)
dt (us) = 2741.0
dt (us) = 2466.0
dt (us) = 2522.0
dt (us) = 2810.0
dt (us) = 2589.0
dt (us) = 2681.0
dt (us) = 2546.0
dt (us) = 3090.0
dt (us) = 2600.0
dt (us) = 2400.0
_

関連：

1. C++で正確な実行時間を取得（マイクロ秒）