我想测量 Linux 上 C 程序中文件 I/O 的执行时间。 我发现了很多关于测量时间的问题和答案。
但是，我认为任何答案都不符合我的目的。
在我的情况下，与实时时钟相关的功能不合适
因为我想排除其他进程消耗的时间。
（例如gettimeofday、clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC_RAW)）
在我的情况下，与 CPU 时间相关的功能也不合适，
因为我想包括磁盘 I/O 的等待时间。
（例如getrusage、clock、clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID)）
有什么建议吗？
【问题讨论】：
阅读time(7) 和page cache，然后阅读有关operating systems 的教科书。
我想在 Linux 上测量 C 程序中文件 I/O 的执行时间
你的问题没有真正的意义。磁盘 I/O 或file systems 是一个完整的计算机活动，而不仅仅是由特定的process 完成一些syscalls(2)。例如，
find(1) 系统上的一些大文件（几十兆字节）并在其上运行 time wc 几次。请参阅wc(1) 和time(1)。
特别是内核将处理page faults（在处理器内部MMU 的帮助下），并且给定页面可以由不同进程多次mmap(2)。
Drepper 的论文 How to write shared libraries 和 dynamic linker（参见 ld.so(8) ...）是相关的。
实际上，在 2020 年，大多数 ELF 可执行文件是动态链接的（例如，链接到 libc.so）。请参阅ldd(1)、ps(1) 和 pmap(1) 和 proc(5)。
另请参阅kernelnewbies.org、Advanced Linux Programming、https://www.linuxatemyram.com/
【讨论】：
您可以使用open、read 和write 调用直接测量磁盘 I/O 速度，避免自动流缓冲（如fopen）。
对于read 和write，您应该验证读取和写入的字节数。
要计时，只需使用clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID,*tp) 或CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID（参见this question）。我这么说是因为 Linux includes kernel/system time 代表进程（这在 clock_gettime 的 man 条目中只有 on OpenBSD 是明确的）。如果要测量连续（非突发）速度，您可能需要确保正在填充磁盘缓存，并且可能还需要填充内核磁盘页面缓存。这样您对open 的调用将仅在完成文件写入后返回。
只有使用上述过程才能获得正常使用内核磁盘页面缓存的结果。您可以进一步绕过内核页面缓存，如下所示。但请记住，这些是“原始”结果，不一定与您使用内核页面缓存时的结果相对应，正如 Basile Starynkevitch 所描述的那样。
使用O_SYNC|O_DIRECT 操作模式标志调用open（参见this question）。 O_DIRECT 绕过内核页面缓存。这样，您的数据将被确认完全传输到磁盘而不是计算机 RAM 缓存。
O_DIRECT (since Linux 2.4.10) Try to minimize cache effects of the I/O to and from this file. In general this will degrade performance, but it is useful in special situations, such as when applications do their own caching. File I/O is done directly to/from user- space buffers. The O_DIRECT flag on its own makes an effort to transfer data synchronously, but does not give the guarantees of the O_SYNC flag that data and necessary metadata are transferred. To guarantee synchronous I/O, O_SYNC must be used in addition to O_DIRECT. See NOTES below for further discussion.
除非我弄错了，否则您不必担心内核会在测试中将另一个进程调度到您的 CPU 上，除非您的大多数 CPU 都很忙。即使它确实安排了另一个进程，它也可能在同步写入完成后立即返回到您的进程（如果您知道，请在评论中告诉我）。因此使用CLOCK_MONOTONIC_RAW 可能无关紧要。 cpuset 可能有用。
请参阅 Linux man 条目和 GNU C 库参考手册。另请参阅 fsync 和 this question，了解页面缓存写入需要多长时间才能到达磁盘。
【讨论】：