Fortran 内在计时例程，哪个更好？ cpu_time 或 system_clock答案

【问题标题】：Fortran intrinsic timing routines, which is better? cpu_time or system_clockFortran 内在计时例程，哪个更好？ cpu_time 或 system_clock
【发布时间】：2011-07-29 19:44:50
【问题描述】：

在为 FORTRAN 程序计时时，我通常只使用命令 call cpu_time(t)。
然后我偶然发现了call system_clock([count,count_rate,count_max])，它似乎做同样的事情。然而，在一个更困难的庄园。我对这些的了解来自：Old Intel documentation.
我无法在英特尔的主页上找到它。请参阅下面的标记。

哪个更准确，或者它们相似？
其中一个是否计算缓存未命中（或其他类型）而另一个不计算，或者其中任何一个？
或者唯一的区别是我在下面的标记中标记的东西？

这些是我的问题，下面我提供了一个代码供您查看一些时间和用法。他们向我展示了它们在输出上非常相似，因此在实现上似乎也很相似。
我应该注意，我可能会一直坚持使用cpu_time，而且我真的不需要更精确的时间安排。

在下面的代码中，我尝试比较它们。（我也尝试过更复杂的东西，但为了保持简洁，不会提供）所以基本上我的结果是：

cpu_time
1. 更容易使用，不需要初始化调用
2. 直接时间差
3. 也应该是特定于编译器的，但无法查看精度。（标准是毫秒）
4. 是线程时间的总和。 IE。不建议用于并行运行。
system_clock
1. 需要预初始化。
2. 后处理，以分割的形式。（小事，但还是有区别的）
3. 是特定于编译器的。在我的电脑上发现了以下内容：
  - Intel 12.0.4 由于 INTEGER 精度，使用计数率为 10000。
  - gcc-4.4.5使用1000，不知道如何区分
4. 容易遇到环绕，即如果c1 > c2，由于count_max
5. 是一个标准时间的时间。因此，这将产生一个线程的实际时间，而不是总和。

代码：

PROGRAM timer
  IMPLICIT NONE
  REAL :: t1,t2,rate 
  INTEGER :: c1,c2,cr,cm,i,j,n,s
  INTEGER , PARAMETER :: x=20000,y=15000,runs=1000
  REAL :: array(x,y),a_diff,diff

  ! First initialize the system_clock
  CALL system_clock(count_rate=cr)
  CALL system_clock(count_max=cm)
  rate = REAL(cr)
  WRITE(*,*) "system_clock rate ",rate

  diff = 0.0
  a_diff = 0.0
  s = 0
  DO n = 1 , runs
     CALL CPU_TIME(t1)
     CALL SYSTEM_CLOCK(c1)
     FORALL(i = 1:x,j = 1:y)
        array(i,j) = REAL(i)*REAL(j) + 2
     END FORALL
     CALL CPU_TIME(t2)
     CALL SYSTEM_CLOCK(c2)
     array(1,1) = array(1,2)     
     IF ( (c2 - c1)/rate < (t2-t1) ) s = s + 1
     diff = (c2 - c1)/rate - (t2-t1) + diff
     a_diff = ABS((c2 - c1)/rate - (t2-t1)) + a_diff
  END DO

  WRITE(*,*) "system_clock : ",(c2 - c1)/rate
  WRITE(*,*) "cpu_time     : ",(t2-t1)
  WRITE(*,*) "sc < ct      : ",s,"of",runs
  WRITE(*,*) "mean diff    : ",diff/runs
  WRITE(*,*) "abs mean diff: ",a_diff/runs
END PROGRAM timer

为了完成，我在这里给出我的 Intel 12.0.4 和 gcc-4.4.5 编译器的输出。

Intel 12.0.4 与 -O0

system_clock rate    10000.00    
system_clock :    2.389600    
cpu_time     :    2.384033    
sc < ct      :            1 of        1000
mean diff    :   4.2409324E-03
abs mean diff:   4.2409897E-03

real    42m5.340s
user    41m48.869s
sys 0m12.233s

gcc-4.4.5 与 -O0

system_clock rate    1000.0000    
system_clock :    1.1849999    
cpu_time     :    1.1840820    
sc < ct      :          275 of        1000  
mean diff    :   2.05709646E-03  
abs mean diff:   2.71424348E-03  

real    19m45.351s  
user    19m42.954s  
sys 0m0.348s

感谢阅读...

【问题讨论】：

在gfortran中使用INTEGER(8)作为SYSTEM_CLOCK会显着增加count_max，对于其他一些编译器也应该是这样。

标签： timer fortran

【解决方案1】：

这两个内在函数报告不同类型的时间。 system_clock 报告“墙上时间”或经过的时间。 cpu_time 报告 CPU 使用的时间。在多任务机器上，这些可能会非常不同，例如，如果您的进程与其他三个进程平均共享 CPU，因此获得了 25% 的 CPU 并使用了 10 个 cpu 秒，那么实际经过或墙壁大约需要 40 秒时钟时间。

【讨论】：

正如我在我的问题中所写的，这也是我认为的主要区别。但还有其他更微妙的吗？

【解决方案2】：

cpu_time() 在 Intel 兼容 CPU 上的分辨率通常约为 0.01 秒。这意味着较小的时间间隔可能算作零时间。大多数当前的 linux 编译器使 system_clock() 的分辨率取决于参数的数据类型，因此 integer(int64) 将提供优于 1 微秒的分辨率，并允许在很长的时间间隔内进行计数。用于 Windows 的 gfortran 最近（在 2015 年期间）进行了更改，以使 system_clock() 等效于 query_performance 调用。然而，即使在 omp_get_wtime 更改为使用 query_performance 之后，ifort Windows 仍然显示 system_clock 的分辨率约为 0.01。我会打折以前的 cmets 以时钟滴答为单位测量 cpu_time 或 system_clock 分辨率，特别是如果这可能被认为与 CPU 或数据总线滴答有关，例如 rdtsc 指令可以报告。

【讨论】：

【解决方案3】：

我发现itime（请参阅gfortran manual）是system_clock 的一个很好的替代方案，用于为fortran 程序计时。它非常易于使用：

integer, dimension(3) :: time
call itime(time)
print *, 'Hour:  ', time(1)
print *, 'Minute:', time(2)
print *, 'Second:', time(3)

【讨论】：

问题是它是一个非标准的扩展。
它可能是非标准的（GNU 扩展），但它被许多编译器支持。我测试并发现它可以与 ifort、pgf90、sunf90 和 g95 一起使用。
这不会改变任何事情。另外，这个问题根本不是问的。
这是一个有效的观点。在评论中提及itime 可能比在答案中更好。

【解决方案4】：

我发现 secnds() 是获得挂壁时间的最简单方法。它的用法几乎与 cpu_time() 相同。

real(8)::t1,delta
t1=secnds(0.0)
!Do stuff
delta=seconds(t1)

【讨论】：

这是所有编译器的内在函数吗？那么这与其他的相比有什么不同呢？
它似乎不是 gfortran 的内在函数
我现在使用system_clock。