C# 秒表和DateTime.UtcNow产生出乎意料的大时间变化

我们有记录各种昂贵操作的性能信息的应用程序日志。我们在日志记录中同时使用了

秒表

和

日期时间.UtcNow

，我们发现，即使给定日期时间，这些值的差异也远远超过预期值。UtcNow的~20ms精度。我的问题是什么会导致这种情况？它能被修复吗？

记录的资料如下：

• 开始时间（

  DateTime.UtcNow

  ）
• 持续时间（

  TimeSpan.FromSeconds（（after-before）/（double）Stopwatch.Frequency）

  ，其中

  after

  和

  before

  是操作开始和结束时的

  Stopwatch.GetTimestamp（）

  值
• EndTime（

  DateTime.UtcNow

  ）

您可能期望EndTime与StartTime+持续时间接近，但在某些情况下，这与相差很远。我们对10000个此类测量进行了抽样，寻找EndTime与（StartTime+持续时间）相差超过20ms的情况。我们发现：

• 约2%的条目关闭时间超过20毫秒
• 其中，它们的平均关断时间为100毫秒（最大关断时间为1.4秒）
• 其中，在某些情况下，秒表计算的结束时间大于基于日期时间的结束时间，但在大多数情况下，秒表时间较小

机器信息

• 运行在Windows Server 2012 R2之上的Windows Server 2012 R2 Hyper-V虚拟机
• 32GB ram用于虚拟机，8个虚拟CPU

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这是意料之中的。

秒表使用引擎盖下的
查询性能计数器（QPC），而
日期时间。UtcNow
使用计算机的实时时钟（RTC）


QPC来自您的CPU的时间戳计数器（TSC），非常精确，但与UTC相关的准确性没有依据
RTC位于计算机主板上，通常由廉价的晶体振荡器构成。它是精确的，但不精确

要测量经过的时间，您需要精度，因此应该使用秒表

要获取一天中的当前时间，您需要准确度，因此应该使用
DateTime.UtcNow

这是一本很棒的书，里面有很多支持性的细节

您测量到的变化是由于RTC中的时钟漂移造成的。您的RTC将（全部由自身产生）比实时时间提前或滞后几毫秒。这很常见，并通过NTP同步定期进行校正。对于较小的调整，操作系统将在几秒钟内以较小的间隔（一次几毫秒）进行校正

至于一个解决办法，你可以考虑这样的一个类：

public static class PreciseClock
{
    private static readonly DateTime StartTime = DateTime.UtcNow;
    private static readonly Stopwatch Stopwatch = Stopwatch.StartNew();

    public static DateTime GetCurrentUtcTime()
    {
        return StartTime + Stopwatch.Elapsed;
    }
}

// grab the clock's singleton instance
var clock = NetworkClock.Instance;

// optionally set the ntp server during your app's startup
clock.NtpServer = "pool.ntp.org"; // or whatever server you want to sync with

// Get the current utc time whenever you like
DateTime utcNow = clock.Now.ToDateTimeUtc();

然而，缺点是您假设在初始化类时RTC是完全同步的。实际上，您对此没有保证

如果你想要某种程度的保证，你可以考虑自己做NTP调用。我已经实现了一个完全正确的类。它实现了<代码> IcLoo.接口。它定期调用NTP服务器，并使用<代码>秒表< /C>跟踪调用之间的时间。你会这样使用：
public static class PreciseClock
{
    private static readonly DateTime StartTime = DateTime.UtcNow;
    private static readonly Stopwatch Stopwatch = Stopwatch.StartNew();

    public static DateTime GetCurrentUtcTime()
    {
        return StartTime + Stopwatch.Elapsed;
    }
}

// grab the clock's singleton instance
var clock = NetworkClock.Instance;

// optionally set the ntp server during your app's startup
clock.NtpServer = "pool.ntp.org"; // or whatever server you want to sync with

// Get the current utc time whenever you like
DateTime utcNow = clock.Now.ToDateTimeUtc();

此外，还有“多媒体计时器”或“高精度事件计时器”（HPET）这在大多数现代硬件上都可用。它提供了比QPC更高的精度。但是，在.NET Framework中没有直接的类公开这一点。如果您搜索，您会发现一些包装提供它的Win32函数的实现。通常，除非您正在做实时的事情，如图形或音频，否则这是一种过度的操作。
下面是Eric Lippert关于为什么秒表优于调用
DateTime的部分内容。现在，我们可以用
来测量程序中经过了多少时间。@Chase我可以问你测量的操作长度吗？秒？分钟？小时？看一下，utcnow的分辨率大约为10毫秒，因此可以解释您观察到的一些差异。这些差异基于长时间运行的实际系统测量值？偏差是否与操作长度相关？一种理论可能是系统时钟正在自动调整，这会影响
DateTime.UtcNow
，但不会影响
秒表
measurements。虚拟机通常与主机同步的频率相当高。我可以相信，这些虚拟机会关闭几毫秒，但我看到会关闭数百毫秒。您所描述的内容是否真的会导致如此大的差异？当然，很可能是这样，甚至更大。这一切都取决于主板上RTC晶体的质量。有些问题是：dware比其他的要好。在我的机器上，我测量了10到60毫秒的修正，但是没有理由它们不能在其他硬件上更大。另外，你说你在虚拟机上运行这个，这完全可能会影响结果。我不完全确定RTC虚拟化的机制，但我非常确定主机OS必须将RTC值传递给客户，并且可能存在延迟。您可以考虑直接在服务器硬件上运行相同的测试，并查看它是否有区别。