如何在运行时使用 POSIX clock() 函数监控 CPU 利用率？答案

【问题标题】：How to monitor CPU utilization using POSIX clock() function during runtime?如何在运行时使用 POSIX clock() 函数监控 CPU 利用率？
【发布时间】：2011-08-22 11:24:19
【问题描述】：

是否有任何可靠的方法可以让程序在运行时测量其 CPU 利用率？

我可能必须使用来自time.h 的 POSIX clock() 函数。这个想法是首先使用一些毫秒来设置空闲 CPU 负载（步骤 A），然后设置完整的 CPU 负载（步骤 B），然后启动程序并不断调用 clock()。因此，我可以计算相对于在步骤 A 和步骤 B 上计算的 CPU 利用率，以监控 CPU 利用率的百分比。我假设所有其他后台进程都被忽略了。

但是，我不确定如何仅使用 C89 和 POSIX 正确实现这些步骤 A 和步骤 B，比如 idle() 和 full_load() 函数？

【问题讨论】：

你是在测量你所在进程的CPU利用率，还是单独的进程？
@Spudd86：我自己的过程

标签： c time embedded posix clock

【解决方案1】：

当您说“full_load”时，您只需要一个负载下的 CPU 或虚拟内核，一个简单的紧密循环就可以解决问题。当然，它不会使用芯片上的所有晶体管（即，我们不是在谈论“满载”的老化测试），但它会在预定的时间片内使用 CPU ，使用所有可用的时钟周期，没有系统调用会放弃对内核的控制，并可能导致稍后重新调度正在执行的线程。您也可以使用带有信号处理程序的警报来退出循环。这样一来，您就可以在大约一秒钟的执行时间内运行循环（警报的时间并不完全准确......它们很接近，但不会精确到时钟周期）。

此外，对于“空闲”负载部分，您可以执行相同的操作，但使用 sigsuspend() 而不是紧密循环，这将等待警报响起。

所以您的代码可能如下所示：

#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>

static sig_atomic_t alarm_flag = 1;

void alarm_handler(int arg)
{
    alarm_flag = 0;
}

clock_t idle()
{
    //setup the alarm flag
    alarm_flag = 1;

    //setup the signal masks
    sigset_t old_signal_set;
    sigset_t new_signal_set;

    sigemptyset(&old_signal_set);
    sigemptyset(&new_signal_set);

    //block the alarm signal
    sigaddset(&new_signal_set, SIGALRM);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_signal_set, &old_signal_set);

    //setup the alarm
    alarm(1);

    clock_t time_before = clock();

    //sit idle while we wait for the alarm to go off
    while(alarm_flag)
        sigsuspend(&old_signal_set);

    clock_t time_after = clock();

    //restore the old signal mask
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_signal_set, NULL);

    return time_after - time_before;
}

clock_t full_load()
{
    //set the alarm signal
    alarm_flag = 1;

    //set the 1-second alarm
    alarm(1);

    clock_t time_before = clock();

    //loop until the alarm goes off
    while(alarm_flag);

    clock_t time_after = clock();

    return time_after - time_before;
}

int main()
{
    //setup the signal handler for the alarm
    sigset(SIGALRM, alarm_handler);

    //call the functions
    clock_t idle_time = idle();
    clock_t load_time = full_load();

    //... do whatever else you need to-do with this info
    printf("Idle Time: %d\n", (int)idle_time);
    printf("Load Time: %d\n", (int)load_time);

    return 0;
}

请记住，根据 POSIX 标准，clock_t 值的时基应为每秒 100 万个时钟，因此您应该看到“full_load”返回的数字接近这个数字，因为我们要“满载”大约一秒钟。空载应该非常小（当然）。这是我在 Mac Pro 上生成的数字：

Idle Time: 31
Load Time: 1000099

因此，就您可能看到从clock() 返回的时钟周期数而言，这似乎与您正在寻找的内容有些一致。我当然会多次运行此程序并取平均值，以便更好地指示您可能会看到的差异。

【讨论】：

【解决方案2】：

我认为这被 CLOCK_VIRTUAL (BSD/HP-UX) 或 Linux 上的 CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID 用于clock_gettime(2) 所涵盖。

【讨论】：

你不是说CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID
不，我的意思是 CLOCK_VIRTUAL。显然，您只能根据SusV2 指望 CLOCK_REALTIME，而我正在查看 BSD 并选择了错误的。 Linux 使用你的常量，HP-UX 也使用 CLOCK_VIRTUAL。编辑答案。

【解决方案3】：

您没有指定 POSIX 的版本，但如果您使用的是 C89，那么它一定很旧。 POSIX.1-2001 aka SUSv3 需要 C99，还有 POSIX.1-2008。

校准似乎没有必要；只需比较返回单调（更好，但可能不可用）或挂钟时间的值。对于clock()，使用CLOCKS_PER_SEC 定义（如果系统支持XSI 选项，则保证为一百万，但如果仅支持POSIX，则不会）。

考虑使用getrusage() 而不是clock() 以获得更高的准确性和灵活性。

getrusage() 函数在早期 POSIX 版本中的 XSI 选项下；更改历史表明它是在第 4 版第 2 版 (SUSv1) 中引入的，并在第 5 版 (SUSv2) 中移至基础，但上面仍然有 XSI 标记。无论如何，它很常见，因为它是 4.2BSD 功能。

另一个选项是times() 函数。

【讨论】：