在 Unix/Linux 上用 C 语言测量一段代码占用的 CPU 时间

Question

clock() 是否可以用作可靠的 API 来测量 CPU 执行 sn-p 代码所花费的时间？验证使用时间（）/时钟（）时，两者似乎都不能精确测量 CPU 时间。

首先，API 的clock()/times() 是否可以用于测量函数/sn-p 代码的执行时间，如下例所示？有没有更好更可靠的选择？该机制适用于 Linux、HP-UX、IBM-AIX 和 Sun Solaris，因为我们需要在所有这些平台上测量（&& 比较）一段代码的性能。

请推荐。另外，如果遗漏任何琐碎的事情，请告诉我。

bbb@m_001:/tmp/kk1$ ./perf_clock 102400
{clock(): S          0 E          0 D    0.0000000000}
bbb@m_001:/tmp/kk1$ ./perf_clock 204800
{clock(): S          0 E      10000 D    0.0100000000}
bbb@m_001:/tmp/kk1$ cat perf_clock.c

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

void test_clock(char* sbuf, int* len){
    clock_t start, end; int i=0;
    start = clock();
    while(i++ < 500) memset((char*)sbuf,0,*len);
    end = clock();
    printf("{clock(): S %10lu E %10lu D %15.10f}\n",
        start,end,(end-start)/(double) CLOCKS_PER_SEC);
}
int main(int argc,char* argv[])
{
        int len=atoi(argv[1]);
        char *sbuf=(char*)malloc(len);
        test_clock(sbuf,&len);
        free(sbuf); return 0;
}

结果似乎说，对 memset() 一个 100 KB 的块，500 次，没有花费时间。还是说不能以微秒为单位测量？

实际上，它不是 memset() 而是另一个函数[准备一个大小约为 1MB 的巨大结构，分配此结构的副本，Oracle DB 选择并使用来自 DB 的数据填充这些结构]措施。即使这显示为 0 滴答声，这也是让我感到困惑的原因。

谢谢！

Answer 1

在最近的 Linux (*) 上。您可以从 /proc 文件系统获取此信息。在文件/proc/PID/stat 中，第 14 项是用户空间代码中使用的 jiffies 数量，第 15 项是系统代码中使用的 jiffies 数量。

如果您想查看每个线程的数据，您应该引用文件/proc/PID/task/TID/stat。

要将 jiffies 转换为微秒，可以使用以下命令：

define USEC_PER_SEC         1000000UL

long long jiffies_to_microsecond(long long jiffies)
{
    long hz = sysconf(_SC_CLK_TCK);
    if (hz <= USEC_PER_SEC && !(USEC_PER_SEC % hz))
    {
        return (USEC_PER_SEC / hz) * jiffies;
    }
    else if (hz > USEC_PER_SEC && !(hz % USEC_PER_SEC))
    {
        return (jiffies + (hz / USEC_PER_SEC) - 1) / (hz / USEC_PER_SEC);
    }
    else
    {
        return (jiffies * USEC_PER_SEC) / hz;
    }
}

如果您只关心每个进程的统计信息，getrusage 更容易。但是，如果您想准备在每个线程的基础上执行此操作，那么这种技术比文件名更好，代码对于每个进程或每个线程获取数据都是相同的。

* - 我不确定引入统计文件的确切时间。您需要验证您的系统是否有它。

Answer 2

我会尝试使用getrusage 并检查系统和用户时间。

还可以与gettimeofday 核对以与挂钟时间进行比较。

Answer 3

我会尝试将时间与 shell 的 time 命令关联起来，作为健全性检查。

您还应该考虑编译器可能正在优化循环。由于 memset 不依赖于循环变量，编译器肯定会尝试应用称为 loop invariant code motion 的优化。

我还要提醒一下，10MB 可能的缓存内清除实际上将是 1.25 或 250 万个 CPU 操作，因为 memset 肯定会以 4 字节或 8 字节的数量写入。虽然我相当怀疑这是否可以在不到一微秒的时间内完成，因为存储有点贵，而且 100K 会增加一些 L1 缓存压力，但您所说的每纳秒不会超过一次操作，这并不难维持多GHz CPU。

人们认为 600 nS 会四舍五入到 1 个时钟滴答，但我也会担心这一点。

Answer 4

您可以使用clock_t 获取自程序启动以来的 CPU 滴答数。

或者你可以使用 linux time 命令。例如：时间 [程序] [参数]

Answer 5

一些关于高分辨率计时器的信息here on HP's page。此外，_Asm_mov_from_ar (_AREG_ITC); 也使用了相同的技巧 http://www.fftw.org/cycle.h。

必须确认这是否真的可以解决。

在 HP-UX 11.31 上测试的示例程序：

bbb@m_001/tmp/prof > ./perf_ticks 1024
ticks-memset {func [1401.000000] inline [30.000000]} noop [9.000000]
bbb@m_001/tmp/prof > cat perf_ticks.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <unistd.h>
#include "cycle.h" /* one from http://www.fftw.org/cycle.h */
void test_ticks(char* sbuf, int* len){
    memset((char*)sbuf,0,*len);
}
int main(int argc,char* argv[]){
        int len=atoi(argv[1]);
        char *sbuf=(char*)malloc(len);
        ticks t1,t2,t3,t4,t5,t6;
        t1 =getticks(); test_ticks(sbuf,&len); t2 =getticks();
        t3 =getticks(); memset((char*)sbuf,0,len); t4 =getticks();
        t5=getticks();;t6=getticks();
        printf("ticks-memset {func [%llf] inline [%llf]} noop [%llf]\n",
                          elapsed(t2,t1),elapsed(t4,t3),elapsed(t6,t5));
        free(sbuf); return 0;
}
bbb@m_001/tmp/prof >

Answer 6

操作系统仅定期更新进程/线程的资源使用情况。代码 sn-p 完全有可能在下一次更新之前完成，从而产生零资源使用差异。不能说有关 HP 或 AIX 的任何信息，请参阅 Solaris Performance and Tools Sun 的书。对于 Linux，您想查看 oprofile 和更新的 perf tool。在分析方面valgrind 会有很大帮助。