1.0.6.28: fix UNWIND-TO-FRAME-AND-CALL for #+SB-THREAD
[sbcl.git] / src / code / time.lisp
1 ;;;; low-level time functions
2
3 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
4 ;;;; more information.
5 ;;;;
6 ;;;; This software is derived from the CMU CL system, which was
7 ;;;; written at Carnegie Mellon University and released into the
8 ;;;; public domain. The software is in the public domain and is
9 ;;;; provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
10 ;;;; files for more information.
11
12 (in-package "SB!IMPL")
13
14 (defun time-reinit ()
15   (reinit-internal-real-time))
16
17 ;;; Implemented in unix.lisp and win32.lisp.
18 #!+sb-doc
19 (setf (fdocumentation 'get-internal-real-time 'function)
20       "Return the real time (\"wallclock time\") since startup in the internal
21 time format. (See INTERNAL-TIME-UNITS-PER-SECOND.)")
22
23 (defun get-internal-run-time ()
24   #!+sb-doc
25   "Return the run time used by the process in the internal time format. (See
26 INTERNAL-TIME-UNITS-PER-SECOND.) This is useful for finding CPU usage.
27 Includes both \"system\" and \"user\" time."
28   (system-internal-run-time))
29 \f
30 ;;;; Encode and decode universal times.
31
32 ;;; In August 2003, work was done in this file for more plausible
33 ;;; timezone handling after the unix timezone database runs out in
34 ;;; 2038.  We assume that timezone rules are trending sane rather than
35 ;;; insane, so for all years after the end of time_t we apply the
36 ;;; rules for 2035/2036 instead of the actual date asked for.  Making
37 ;;; the same assumption about the early 1900s would be less
38 ;;; reasonable, however, so please note that we're still broken for
39 ;;; local time between 1900-1-1 and 1901-12-13
40
41 ;;; It should be noted that 64 bit machines don't actually fix this
42 ;;; problem, at least as of 2003, because the Unix zonefiles are
43 ;;; specified in terms of 32 bit fields even on, say, the Alpha.  So,
44 ;;; references to the range of time_t elsewhere in this file should
45 ;;; rightly be read as shorthand for the range of an signed 32 bit
46 ;;; number of seconds since 1970-01-01
47
48 ;;; I'm obliged to Erik Naggum's "Long, Painful History of Time" paper
49 ;;; <http://heim.ifi.uio.no/~enag/lugm-time.html> for the choice of epoch
50 ;;; here.  By starting the year in March, we avoid having to test the month
51 ;;; whenever deciding whether to account for a leap day.  2000 is especially
52 ;;; special, because it's disvisible by 400, hence the start of a 400 year
53 ;;; leap year cycle
54
55 ;;; If a universal-time is after time_t runs out, we find its offset
56 ;;; from 1st March of whichever year it falls in, then add that to
57 ;;; 2035-3-1.  This date has two relevant properties: (1) somewhere
58 ;;; near the end of time_t, and (2) preceding a leap year.  Thus a
59 ;;; date which is e.g. 365.5 days from March 1st in its year will be
60 ;;; treated for timezone lookup as if it were Feb 29th 2036
61
62 ;;; This epoch is used only for fixing the timezones-outside-time_t
63 ;;; problem.  Someday it would be nice to come back to this code and
64 ;;; see if the rest of the file and its references to Spice Lisp
65 ;;; history (Perq time base?) could be cleaned up any on this basis.
66 ;;; -- dan, 2003-08-08
67
68 ;;; In order to accomodate universal times between January 1st 1900
69 ;;; and sometime on December 13th 1901, I'm doing the same calculation
70 ;;; as described above in order to handle dates in that interval, by
71 ;;; normalizing them to March 1st 1903, which shares the same special
72 ;;; properties described above (except for the 400-year property, but
73 ;;; this isn't an issue for the limited range we need to handle).
74
75 ;;; One open issue is whether to pass UNIX a 64-bit time_t value on
76 ;;; 64-bit platforms. I don't know if time_t is always 64-bit on those
77 ;;; platforms, and looking at this file reveals a scary amount of
78 ;;; literal 31 and 32s.
79 ;;; -- bem, 2005-08-09
80
81 ;;; Subtract from the returned Internal-Time to get the universal
82 ;;; time. The offset between our time base and the Perq one is 2145
83 ;;; weeks and five days.
84 (defconstant seconds-in-week (* 60 60 24 7))
85 (defconstant weeks-offset 2145)
86 (defconstant seconds-offset 432000)
87 (defconstant minutes-per-day (* 24 60))
88 (defconstant quarter-days-per-year (1+ (* 365 4)))
89 (defconstant quarter-days-per-century 146097)
90 (defconstant november-17-1858 678882)
91 (defconstant weekday-november-17-1858 2)
92 (defconstant unix-to-universal-time 2208988800)
93
94 (defun get-universal-time ()
95   #!+sb-doc
96   "Return a single integer for the current time of day in universal time
97 format."
98   (multiple-value-bind (res secs) (sb!unix:unix-gettimeofday)
99     (declare (ignore res))
100     (+ secs unix-to-universal-time)))
101
102 (defun get-decoded-time ()
103   #!+sb-doc
104   "Return nine values specifying the current time as follows:
105    second, minute, hour, date, month, year, day of week (0 = Monday), T
106    (daylight savings times) or NIL (standard time), and timezone."
107   (decode-universal-time (get-universal-time)))
108
109 (defconstant +mar-1-2000+ #.(encode-universal-time 0 0 0 1 3 2000 0))
110 (defconstant +mar-1-2035+ #.(encode-universal-time 0 0 0 1 3 2035 0))
111
112 (defconstant +mar-1-1903+ #.(encode-universal-time 0 0 0 1 3 1903 0))
113
114 (defun years-since-mar-2000 (utime)
115   "Returns number of complete years since March 1st 2000, and remainder in seconds"
116   (let* ((days-in-year (* 86400 365))
117          (days-in-4year (+ (* 4 days-in-year) 86400))
118          (days-in-100year (- (* 25 days-in-4year) 86400))
119          (days-in-400year (+ (* 4 days-in-100year) 86400))
120          (offset (- utime +mar-1-2000+))
121          (year 0))
122     (labels ((whole-num (x y inc max)
123                (let ((w (truncate x y)))
124                  (when (and max (> w max)) (setf w max))
125                  (incf year (* w inc))
126                  (* w y))))
127       (decf offset (whole-num offset days-in-400year 400 nil))
128       (decf offset (whole-num offset days-in-100year 100 3))
129       (decf offset (whole-num offset days-in-4year 4 25))
130       (decf offset (whole-num offset days-in-year 1 3))
131       (values year offset))))
132
133 (defun truncate-to-unix-range (utime)
134   (let ((unix-time (- utime unix-to-universal-time)))
135     (cond
136       ((< unix-time (- (ash 1 31)))
137        (multiple-value-bind (year offset) (years-since-mar-2000 utime)
138          (declare (ignore year))
139          (+  +mar-1-1903+  (- unix-to-universal-time)  offset)))
140       ((>= unix-time (ash 1 31))
141        (multiple-value-bind (year offset) (years-since-mar-2000 utime)
142          (declare (ignore year))
143          (+  +mar-1-2035+  (- unix-to-universal-time)  offset)))
144       (t unix-time))))
145
146 (defun decode-universal-time (universal-time &optional time-zone)
147   #!+sb-doc
148   "Converts a universal-time to decoded time format returning the following
149    nine values: second, minute, hour, date, month, year, day of week (0 =
150    Monday), T (daylight savings time) or NIL (standard time), and timezone.
151    Completely ignores daylight-savings-time when time-zone is supplied."
152   (multiple-value-bind (daylight seconds-west)
153       (if time-zone
154           (values nil (* time-zone 60 60))
155           (multiple-value-bind (ignore seconds-west daylight)
156               (sb!unix::get-timezone (truncate-to-unix-range universal-time))
157             (declare (ignore ignore))
158             (declare (fixnum seconds-west))
159             (values daylight seconds-west)))
160     (declare (fixnum seconds-west))
161     (multiple-value-bind (weeks secs)
162         (truncate (+ (- universal-time seconds-west) seconds-offset)
163                   seconds-in-week)
164       (let ((weeks (+ weeks weeks-offset)))
165         (multiple-value-bind (t1 second)
166             (truncate secs 60)
167           (let ((tday (truncate t1 minutes-per-day)))
168             (multiple-value-bind (hour minute)
169                 (truncate (- t1 (* tday minutes-per-day)) 60)
170               (let* ((t2 (1- (* (+ (* weeks 7) tday november-17-1858) 4)))
171                      (tcent (truncate t2 quarter-days-per-century)))
172                 (setq t2 (mod t2 quarter-days-per-century))
173                 (setq t2 (+ (- t2 (mod t2 4)) 3))
174                 (let* ((year (+ (* tcent 100)
175                                 (truncate t2 quarter-days-per-year)))
176                        (days-since-mar0
177                         (1+ (truncate (mod t2 quarter-days-per-year) 4)))
178                        (day (mod (+ tday weekday-november-17-1858) 7))
179                        (t3 (+ (* days-since-mar0 5) 456)))
180                   (cond ((>= t3 1989)
181                          (setq t3 (- t3 1836))
182                          (setq year (1+ year))))
183                   (multiple-value-bind (month t3)
184                       (truncate t3 153)
185                     (let ((date (1+ (truncate t3 5))))
186                       (values second minute hour date month year day
187                               daylight
188                               (if daylight
189                                   (1+ (/ seconds-west 60 60))
190                                   (/ seconds-west 60 60))))))))))))))
191
192 (defun pick-obvious-year (year)
193   (declare (type (mod 100) year))
194   (let* ((current-year (nth-value 5 (get-decoded-time)))
195          (guess (+ year (* (truncate (- current-year 50) 100) 100))))
196     (declare (type (integer 1900 9999) current-year guess))
197     (if (> (- current-year guess) 50)
198         (+ guess 100)
199         guess)))
200
201 (defun leap-years-before (year)
202   (let ((years (- year 1901)))
203     (+ (- (truncate years 4)
204           (truncate years 100))
205        (truncate (+ years 300) 400))))
206
207 (defvar *days-before-month*
208   #.(let ((reversed-result nil)
209           (sum 0))
210       (push nil reversed-result)
211       (dolist (days-in-month '(31 28 31 30 31 30 31 31 30 31 30 31))
212         (push sum reversed-result)
213         (incf sum days-in-month))
214       (coerce (nreverse reversed-result) 'simple-vector)))
215
216
217 (defun encode-universal-time (second minute hour date month year
218                                      &optional time-zone)
219   #!+sb-doc
220   "The time values specified in decoded format are converted to
221    universal time, which is returned."
222   (declare (type (mod 60) second)
223            (type (mod 60) minute)
224            (type (mod 24) hour)
225            (type (integer 1 31) date)
226            (type (integer 1 12) month)
227            (type (or (integer 0 99) (integer 1899)) year)
228            ;; that type used to say (integer 1900), but that's
229            ;; incorrect when a time-zone is specified: we should be
230            ;; able to encode to produce 0 when a non-zero timezone is
231            ;; specified - bem, 2005-08-09
232            (type (or null rational) time-zone))
233   (let* ((year (if (< year 100)
234                    (pick-obvious-year year)
235                    year))
236          (days (+ (1- date)
237                   (aref *days-before-month* month)
238                   (if (> month 2)
239                       (leap-years-before (1+ year))
240                       (leap-years-before year))
241                   (* (- year 1900) 365)))
242          (hours (+ hour (* days 24)))
243          (encoded-time 0))
244     (if time-zone
245         (setf encoded-time (+ second (* (+ minute (* (+ hours time-zone) 60)) 60)))
246         (let* ((secwest-guess
247                 (sb!unix::unix-get-seconds-west
248                  (truncate-to-unix-range (* hours 60 60))))
249                (guess (+ second (* 60 (+ minute (* hours 60)))
250                          secwest-guess))
251                (secwest
252                 (sb!unix::unix-get-seconds-west
253                  (truncate-to-unix-range guess))))
254           (setf encoded-time (+ guess (- secwest secwest-guess)))))
255     (assert (typep encoded-time '(integer 0)))
256     encoded-time))
257 \f
258 ;;;; TIME
259
260 (defvar *gc-run-time* 0
261   #!+sb-doc
262   "the total CPU time spent doing garbage collection (as reported by
263    GET-INTERNAL-RUN-TIME)")
264 (declaim (type index *gc-run-time*))
265
266 (defmacro time (form)
267   #!+sb-doc
268   "Execute FORM and print timing information on *TRACE-OUTPUT*."
269   `(%time (lambda () ,form)))
270
271 ;;; Return all the data that we want TIME to report.
272 (defun time-get-sys-info ()
273   (multiple-value-bind (user sys faults) (sb!sys:get-system-info)
274     (values user sys faults (get-bytes-consed))))
275
276 ;;; The guts of the TIME macro. Compute overheads, run the (compiled)
277 ;;; function, report the times.
278 (defun %time (fun)
279   (declare (type function fun))
280   (let (old-run-utime
281         new-run-utime
282         old-run-stime
283         new-run-stime
284         old-real-time
285         new-real-time
286         old-page-faults
287         new-page-faults
288         real-time-overhead
289         run-utime-overhead
290         run-stime-overhead
291         page-faults-overhead
292         old-bytes-consed
293         new-bytes-consed
294         cons-overhead)
295     ;; Calculate the overhead...
296     (multiple-value-setq
297         (old-run-utime old-run-stime old-page-faults old-bytes-consed)
298       (time-get-sys-info))
299     ;; Do it a second time to make sure everything is faulted in.
300     (multiple-value-setq
301         (old-run-utime old-run-stime old-page-faults old-bytes-consed)
302       (time-get-sys-info))
303     (multiple-value-setq
304         (new-run-utime new-run-stime new-page-faults new-bytes-consed)
305       (time-get-sys-info))
306     (setq run-utime-overhead (- new-run-utime old-run-utime))
307     (setq run-stime-overhead (- new-run-stime old-run-stime))
308     (setq page-faults-overhead (- new-page-faults old-page-faults))
309     (setq old-real-time (get-internal-real-time))
310     (setq old-real-time (get-internal-real-time))
311     (setq new-real-time (get-internal-real-time))
312     (setq real-time-overhead (- new-real-time old-real-time))
313     (setq cons-overhead (- new-bytes-consed old-bytes-consed))
314     ;; Now get the initial times.
315     (multiple-value-setq
316         (old-run-utime old-run-stime old-page-faults old-bytes-consed)
317       (time-get-sys-info))
318     (setq old-real-time (get-internal-real-time))
319     (let ((start-gc-run-time *gc-run-time*)
320           #!+sb-eval (sb!eval:*eval-calls* 0))
321       (declare #!+sb-eval (special sb!eval:*eval-calls*))
322       (multiple-value-prog1
323           ;; Execute the form and return its values.
324           (funcall fun)
325         (multiple-value-setq
326             (new-run-utime new-run-stime new-page-faults new-bytes-consed)
327           (time-get-sys-info))
328         (setq new-real-time (- (get-internal-real-time) real-time-overhead))
329         (let ((gc-run-time (max (- *gc-run-time* start-gc-run-time) 0)))
330           (format *trace-output*
331                   "~&Evaluation took:~%  ~
332                  ~S second~:P of real time~%  ~
333                  ~S second~:P of user run time~%  ~
334                  ~S second~:P of system run time~%  ~
335               ~@[[Run times include ~S second~:P GC run time.]~%  ~]~
336               ~@[~S call~:P to %EVAL~%  ~]~
337                  ~S page fault~:P and~%  ~
338                  ~:D bytes consed.~%"
339                   (max (/ (- new-real-time old-real-time)
340                           (float sb!xc:internal-time-units-per-second))
341                        0.0)
342                   (max (/ (- new-run-utime old-run-utime) 1000000.0) 0.0)
343                   (max (/ (- new-run-stime old-run-stime) 1000000.0) 0.0)
344                   (unless (zerop gc-run-time)
345                     (/ (float gc-run-time)
346                        (float sb!xc:internal-time-units-per-second)))
347                   #!+sb-eval sb!eval:*eval-calls* #!-sb-eval nil
348                   (max (- new-page-faults old-page-faults) 0)
349                   (max (- new-bytes-consed old-bytes-consed) 0)))))))
350