如何测量iOS线程的实际CPU时间？

Question

我正在寻找一个iOS版本的 Android 的SystemClock.currentThreadTimeMillis()、Microsoft 的GetThreadTimes() 或Posix的clock_gettime(CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID, ) 和 pthread_getcpuclockid() 函数，以测量多线程应用程序中函数实际使用的"清洁"时间。也就是说，我不想测量函数实际花费在墙上时钟上的时间，而是CPU时间。

我在StackOverflow上这里和其他地方发现了有趣的讨论。不幸的是，这两个讨论都不适用于iOS。

iOS上是否有类似的功能？

- Alex Cohn

---

你是否只是想要精确的墙上时间？如果是的话，这个问题的答案应该适用：如何在Objective-C中获得精确的时间，例如毫秒？ - Brad Larson

@Brad Larson：不，我想测量的是与墙钟相反的东西，即测量给定线程使用的纯CPU时间。 - Alex Cohn

只是为了确认一下：您真的需要将这个放入您的代码中吗？Instruments可以很好地完成这项工作，而不需要您修改程序。 - Rob Napier

Rob说的没错，Instruments有很强大的功能，可以显示方法的仅在CPU上执行时间（Shark也有，但Instruments更易于使用）。您还可以使用DTrace的vtimestamp，就像我在本文的“时间分析”部分所示：http://www.macresearch.org/tuning-cocoa-applications-using-dtrace-writing-scripts，但这只适用于在iOS模拟器中运行的应用程序，而不是实际设备上。 - Brad Larson

很酷，但不幸的是，我的性能分析非常特定于ARM处理器，因此iOS模拟器无关紧要。 - Alex Cohn

Answer 1

如果有人在寻找好的答案:

前段时间我在这个回答中找到了一些很棒的代码（用于在OSX中查找CPU时间/内存使用情况），并稍作修改。我将其用于在ARM上对NEON优化进行基准测试。你可能只需要获取当前线程时间的部分。

#include <sys/types.h>
#include <sys/sysctl.h>
#include <mach/mach_init.h>
#include <mach/mach_host.h>
#include <mach/mach_port.h>
#include <mach/mach_traps.h>
#include <mach/task_info.h>
#include <mach/thread_info.h>
#include <mach/thread_act.h>
#include <mach/vm_region.h>
#include <mach/vm_map.h>
#include <mach/task.h>


typedef struct {
    double utime, stime;
} CPUTime;

int get_cpu_time(CPUTime *rpd, bool_t thread_only)
{
    task_t task;
    kern_return_t error;
    mach_msg_type_number_t count;
    thread_array_t thread_table;
    thread_basic_info_t thi;
    thread_basic_info_data_t thi_data;
    unsigned table_size;
    struct task_basic_info ti;

    if (thread_only) {
        // just get time of this thread
        count = THREAD_BASIC_INFO_COUNT;
        thi = &thi_data;
        error = thread_info(mach_thread_self(), THREAD_BASIC_INFO, (thread_info_t)thi, &count);
        rpd->utime = thi->user_time.seconds + thi->user_time.microseconds * 1e-6;
        rpd->stime = thi->system_time.seconds + thi->system_time.microseconds * 1e-6;
        return 0;
    }


    // get total time of the current process

    task = mach_task_self();
    count = TASK_BASIC_INFO_COUNT;
    error = task_info(task, TASK_BASIC_INFO, (task_info_t)&ti, &count);
    assert(error == KERN_SUCCESS);
    { /* calculate CPU times, adapted from top/libtop.c */
        unsigned i;
        // the following times are for threads which have already terminated and gone away
        rpd->utime = ti.user_time.seconds + ti.user_time.microseconds * 1e-6;
        rpd->stime = ti.system_time.seconds + ti.system_time.microseconds * 1e-6;
        error = task_threads(task, &thread_table, &table_size);
        assert(error == KERN_SUCCESS);
        thi = &thi_data;
        // for each active thread, add up thread time
        for (i = 0; i != table_size; ++i) {
            count = THREAD_BASIC_INFO_COUNT;
            error = thread_info(thread_table[i], THREAD_BASIC_INFO, (thread_info_t)thi, &count);
            assert(error == KERN_SUCCESS);
            if ((thi->flags & TH_FLAGS_IDLE) == 0) {
                rpd->utime += thi->user_time.seconds + thi->user_time.microseconds * 1e-6;
                rpd->stime += thi->system_time.seconds + thi->system_time.microseconds * 1e-6;
            }
            error = mach_port_deallocate(mach_task_self(), thread_table[i]);
            assert(error == KERN_SUCCESS);
        }
        error = vm_deallocate(mach_task_self(), (vm_offset_t)thread_table, table_size * sizeof(thread_array_t));
        assert(error == KERN_SUCCESS);
    }
    if (task != mach_task_self()) {
        mach_port_deallocate(mach_task_self(), task);
        assert(error == KERN_SUCCESS);
    }
    return 0;
}

- tcovo

---

是的！这为我们提供了缺失的信息！！ - Alex Cohn

Answer 2

我使用这段代码来测量线程的CPU时间。它基于tcovo的答案，但更加简洁和专注。

thread_time.h

#ifndef thread_time_h
#define thread_time_h

#include <stdint.h>

typedef struct thread_time {
    int64_t user_time_us;
    int64_t system_time_us;
} thread_time_t;

thread_time_t thread_time();
thread_time_t thread_time_sub(thread_time_t const a, thread_time_t const b);

#endif /* thread_time_h */

thread_time.c

#include "thread_time.h"
#include <mach/mach_init.h>
#include <mach/thread_act.h>
#include <mach/thread_info.h>

int64_t time_value_to_us(time_value_t const t) {
    return (int64_t)t.seconds * 1000000 + t.microseconds;
}

thread_time_t thread_time() {
    thread_basic_info_data_t basic_info;
    mach_msg_type_number_t count = THREAD_BASIC_INFO_COUNT;
    kern_return_t const result = thread_info(mach_thread_self(), THREAD_BASIC_INFO, (thread_info_t)&basic_info, &count);
    if (result == KERN_SUCCESS) {
        return (thread_time_t){
            .user_time_us   = time_value_to_us(basic_info.user_time),
            .system_time_us = time_value_to_us(basic_info.system_time)
        };
    } else {
        return (thread_time_t){-1, -1};
    }
}

thread_time_t thread_time_sub(thread_time_t const a, thread_time_t const b) {
    return (thread_time_t){
        .user_time_us   = a.user_time_us   - b.user_time_us,
        .system_time_us = a.system_time_us - b.system_time_us
    };
}

- werediver

---

你碰巧有这个的 Linux/Android 版本吗？ - Joel Teply

@JoelTeply 这段代码使用 Mach kernel API，因此它仅适用于 macOS 及其派生版本（iOS、watchOS、tvOS）。不幸的是，我现在还没有针对 Linux kernel 的适配版本。 - werediver

嘿，有没有办法知道你使用主线程的时间有多长？这是吗？另外，在你的方法名称中，“_us”的含义是什么？最后，thread_time输出的数字是什么，例如秒、毫秒等？谢谢。 - Wazza

-us 表示纳秒，懂了哈哈。我在这里提出了一个问题：https://dev59.com/YrXna4cB1Zd3GeqPEhAI - Wazza

@Wazza 这些函数提供了有关调用它们的线程的信息。如果您从主线程调用它们，您将获得有关主线程的信息。us代表微秒（10^-6），而不是纳秒（10^-9）。 - werediver

Answer 3

从描述来看，clock()函数似乎可以满足你的需求？

http://developer.apple.com/library/ios/#documentation/System/Conceptual/ManPages_iPhoneOS/man3/clock.3.html

- onnoweb

---

不幸的是，clock（）不能测量每个线程的时间，而且精度很低。 - Alex Cohn