关于代码的执行时间

Published: May 16, 2020 by keyou

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perf 1

注意1：系统中有两个 time，一个是 bash 内置的 time 命令，一个是由 time 包提的 /usr/bin/time , 直接执行 time 命令时使用的是 bash 内置的 time。

使用 bash 中的 time 统计一个进程的执行时间如下：

$ time sleep 1

real  0m1.013s
user  0m0.001s
sys   0m0.001s

real: 表示 wall time（挂钟时间）, 底层使用 gettimeofday() API 来获取时间，它统计的是物理世界中的时间；
user: 表示 CPU user time, 底层使用 getrusage() 或者 times() 来获取时间，它统计的是用户态的代码消耗的 CPU 时间，如果代码没有在 CPU 上运行则不会统计在内；
sys: 和 user 类似，只不过统计程序在内核态运行的时间；

user + sys 表示这个进程（及其子进程）的代码（及其调用的代码）实际在 CPU 上运行的时间，该时间的统计依赖 CPU 硬件，大部分 CPU 硬件都提供了该功能。

系统除了提供以上 API, 还提供了其他的 API 可以用来进行性能参数收集，比如：

clock(): 统计当前程序已经执行的 cpu clock ticks（CPU time）;

clock_gettime(type,*): 根据参数获取不同的时间：

// file: include/bits/time.h
/* Identifier for system-wide realtime clock.  */
# define CLOCK_REALTIME                        0
/* Monotonic system-wide clock.  */
# define CLOCK_MONOTONIC                1
/* High-resolution timer from the CPU.  */
# define CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID        2
/* Thread-specific CPU-time clock.  */
# define CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID        3
/* Monotonic system-wide clock, not adjusted for frequency scaling.  */
# define CLOCK_MONOTONIC_RAW                4
/* Identifier for system-wide realtime clock, updated only on ticks.  */
# define CLOCK_REALTIME_COARSE                5
/* Monotonic system-wide clock, updated only on ticks.  */
# define CLOCK_MONOTONIC_COARSE                6
/* Monotonic system-wide clock that includes time spent in suspension.  */
# define CLOCK_BOOTTIME                        7
/* Like CLOCK_REALTIME but also wakes suspended system.  */
# define CLOCK_REALTIME_ALARM                8
/* Like CLOCK_BOOTTIME but also wakes suspended system.  */
# define CLOCK_BOOTTIME_ALARM                9
/* Like CLOCK_REALTIME but in International Atomic Time.  */
# define CLOCK_TAI                        11

如果要统计 cpu time, 则推荐使用 CLOCK_MONOTONIC 参数。

C++11 中的 system_clock::now() 使用gettimeofday()或者std::time()，而steady_clock::now()则使用clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC,*);

time(): 获取当前的 real time，精度在某些设备上只有 1s，应该避免用于性能统计；

getrusage(): 获取资源使用情况；

struct rusage {
  struct timeval ru_utime; /* user CPU time used */
  struct timeval ru_stime; /* system CPU time used */
  long   ru_maxrss;        /* maximum resident set size */
  long   ru_ixrss;         /* integral shared memory size */
  long   ru_idrss;         /* integral unshared data size */
  long   ru_isrss;         /* integral unshared stack size */
  long   ru_minflt;        /* page reclaims (soft page faults) */
  long   ru_majflt;        /* page faults (hard page faults) */
  long   ru_nswap;         /* swaps */
  long   ru_inblock;       /* block input operations */
  long   ru_oublock;       /* block output operations */
  long   ru_msgsnd;        /* IPC messages sent */
  long   ru_msgrcv;        /* IPC messages received */
  long   ru_nsignals;      /* signals received */
  long   ru_nvcsw;         /* voluntary context switches */
  long   ru_nivcsw;        /* involuntary context switches */
};

包括 CPU time, 文件系统IO调用次数，上下文切换次数等。

参考资料: