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C++ 主循环偶尔会卡顿

coder 2024-06-04 原文

我遇到了一个问题，我的游戏循环卡顿大约每秒一次(可变间隔)。单帧需要超过 60 毫秒，而所有其他帧需要不到 1 毫秒。

经过大量简化后，我得到了以下重现错误的程序。它只测量帧时间并报告它。

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

int main()
{
    unsigned long long frequency, tic, toc;
    QueryPerformanceFrequency((LARGE_INTEGER*)&frequency);
    QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&tic);
    double deltaTime = 0.0;
    while( true )
    {
        //if(deltaTime > 0.01)
        std::cerr << deltaTime << std::endl;
        QueryPerformanceCounter((LARGE_INTEGER*)&toc);
        deltaTime = (toc - tic) / double(frequency);
        tic = toc;
        if(deltaTime < 0.01) deltaTime = 0.01;
    }
}

同样，许多帧中的一帧比其他帧慢得多。添加 if 让错误消失(那时永远不会调用 cerr)。我原来的问题不包含任何 cerr/cout。但是，我认为这是同一错误的重现。

cerr 在每次迭代中都会被刷新，因此创建单个慢帧时不会发生这种情况。我从一个探查器(非常困)那里知道流在内部使用了一个锁/关键部分，但这不应该改变任何东西，因为程序是单线程的。

是什么导致单次迭代停滞那么多？

编辑:我做了更多测试:

  • 添加 std::this_thread::sleep_for( std::chrono::milliseconds(7) ); 并因此减少进程 CPU 利用率不会改变任何东西。
  • 使用 printf("%f\n", deltaTime); 问题就消失了(可能是因为它没有使用与流相反的互斥锁和内存分配)

最佳答案

Windows 的设计并不能保证任何执行时间的上限，因为它使用某种逻辑将运行时资源动态地分配给所有程序——例如，调度程序会将资源分配给优先级高的进程，并饿死较低的进程在某些情况下优先处理。如果程序运行紧密循环并消耗大量 CPU 资源，那么程序在统计上更有可能 - 最终 - 受到此类事情的影响。因为 - 最终 - 调度程序将暂时提高正在挨饿的程序的优先级和/或降低其他正在挨饿的程序的优先级(在您的情况下，通过运行紧密循环)。

使 std::cerr 的输出成为条件并不会改变发生这种情况的事实 - 它只是改变它在指定时间间隔内发生的可能性，因为它改变了程序的方式在循环中使用系统资源，因此改变了它与系统调度程序、策略等交互的方式。

这类事情会影响在所有非实时操作系统中运行的程序，尽管确切的影响取决于每个操作系统的实现方式(例如调度策略、控制程序对资源访问的其他策略等)。发生此类停顿的概率始终为非零(即使概率很小)。

如果你想绝对保证在这些事情上没有停顿，你将需要一个实时操作系统。这些系统被设计成在时间意义上更可预测地做事，但这需要权衡取舍，因为它还要求您的程序在设计时就知道它们必须在指定的时间间隔内完成指定功能的执行。实时操作系统使用不同的策略，但如果程序在设计时没有考虑到这些问题，它们强制执行约束时间可能会导致程序出现故障。

关于C++ 主循环偶尔会卡顿，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/29729017/

amp43sectiondeltaTimecodec++windowsperformancetime

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