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Linux Time命令微秒或更高精度

linuxtime
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我希望知道在Linux下，程序执行所需的时间，单位为微秒（或更高的精度）。目前我使用的是time命令，但它只能提供最大毫秒级别的准确度。是否有一些方法可以调整time命令以获得更高的准确度，或者有其他命令可以实现相同的功能？

5个回答
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你的问题没有意义：即使在毫秒级时间内也不会获得重复的测量值。
添加更多数字只会增加噪音。您可以从/dev/random中获取额外的数字。
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我不明白你的观点。我说我想要比毫秒更精确的准确性，在今天的处理器上这并不是不可能的，我们甚至可以获得纳秒级别的准确性。增加更多数字如何增加更多噪音？ - Pushpak Dagade
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由于在非实时操作系统上运行的代码没有确定性执行，所以需要指导。只需要操作系统处理一些IP数据包，或者运行另一个任意进程，或者crond唤醒以检查是否应该执行某些操作，或者文件系统决定它应该写出脏页等等，你正在计时的进程就会被暂停一段（很短的）时间，从而导致计时不准确。操作系统内置的定时功能，如CPU时间（相对于墙钟时间），通常也是按照一定分辨率（通常为1个内核滴答、1毫秒或更长时间）计数的。 - nos
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使用time /bin/sleep 0.006进行快速测试，似乎表明噪声小于1毫秒。因此，尽管此类测量肯定存在风险，但Guanidene的请求本身并非毫无意义。 - Joachim Breitner
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@JoachimBreitner，您正在测量一个没有任何作用的命令。对于任何实际执行操作的命令，在调度程序内部的变异性可能会使最终测量值超过+/-1ms。即使使用/bin/sleep，您也只能获得亚毫秒级别的准确度，而不是Guanidene所要求的微秒级别准确度。 - Employed Russian
@EmployedRussian 为什么调度程序会区分 sleep 和其他命令？对于测量噪音来说，sleep 同样有效。 - ssmid
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使用gettimeofday -- 提供微秒级精度。
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我同意Employed Russian's answer。对于这样的测量，希望微秒级别的准确度并没有太多意义。因此，你所获得的任何附加数字都是无意义的（实际上是随机的）。

如果你有要测量的应用程序的源代码，可以使用clock或clock_gettime函数，但不要指望超过几十微秒的准确度。还有RDTSC机器指令。

请阅读linux clock howto。

不要忘记，从应用程序的角度来看，执行时间是不确定和不可重现的（考虑到上下文切换、缓存未命中、中断等在随机时间发生）。

如果你想要衡量整个程序的性能，请至少运行几秒钟，并测量时间多次（例如8次），然后取平均值（也许去掉最好和最差的计时）。
如果你想要测量特定函数的时间，请学习如何对你的应用进行分析（如gprof，oprofile等等...）。还可以参考这个问题。
不要忘记阅读time(7)。
请注意，在当前（笔记本电脑、台式机、服务器）具有复杂CPU缓存和TLB以及分支预测器的乱序执行 流水线 超标量处理器上，一些微小循环或机器指令序列的执行时间是不可重现的（纳秒计数将从一次运行到下一次变化）。操作系统还会添加随机性（调度, 上下文切换, 中断, 页面缓存, 写时复制, 需求分页...），因此没有意义测量超过1毫秒 -或者如果你很幸运的话，可能是100微秒- 精度的某个命令的执行。您应该多次对您的命令进行基准测试。
为了得到显著的结果，您应该将基准应用程序更改为运行超过几秒钟（例如在main中添加一些循环或使用更大的数据集...），并重复执行基准命令十几次。然后取这些度量值的平均值（或最差值、最好值，具体取决于您想要的内容）。
如果系统time(1)不足够，您可以制作自己的测量设备；还可以参见getrusage(2)；但我对您能够获得更准确的结果持怀疑态度。

顺便提一下，我的i3770K最近在GNU/Linux（4.2内核，Debian/Sid/x86-64）桌面电脑上，“系统”调用比如time(2)或clock_gettime(2)执行时间约为3到4纳秒（多亏了vdso(7)避免了真正的syscall负担...），所以你可以经常在程序内部使用它们。

clock() 在我的机器上相当无用。 clock() 随时间的不准确性（以秒为单位）：time_t t0 = time(NULL); clock_t c0 = clock(); while (1) { printf("\r%ld", (clock() - c0) / CLOCKS_PER_SEC - (time(NULL) - t0)); } - ssmid
在我的电脑上，15分钟后它是-180。 - ssmid
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看看 current_kernel_time() 对你的需求是否有帮助。 我使用过它，并发现它非常有用，因为它提供了纳秒级的精确度。 更多详细信息请点击这里。

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Linux perf CLI 工具

像其他人提到的那样，微秒级别的时间在现代系统中只是噪音。

在 Linux 中实现微秒级（或更高）进程计时 询问是否有任何方法可以减少内核产生的变异性。

perf CLI 工具可以打印微秒及更多信息，这将使我们能够看到这些测量值只是噪音的程度。

Ubuntu 22.04 设置：

sudo apt install linux-tools-common linux-tools-generic
echo -1 | sudo tee /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid

循环CYCLES个周期的x86汇编程序：

main.S

.text
.global _start
_start:
    mov $0, %rax
    mov $CYCLES, %rcx
.Lloop_label:
    inc %rax
    loop .Lloop_label

    /* exit */
    mov $60, %rax   /* syscall number */
    mov $0, %rdi    /* exit status */
    syscall

组装并运行：

cpp -DCYCLES=100000 main.S main.cpp.S
as -o main.o main.cpp.S
ld -o main.out main.o
perf stat ./main.out

在我的Lenovo ThinkPad P51上进行的一些样本结果：

CYCLES 经过的时间（秒）
10^9 1.3秒
10^8 0.13秒
10^7 0.014秒
10^6 1.9毫秒
10^5 0.6 - 0.8毫秒
10^4 0.4 - 0.8毫秒

从这里我们可以看到，毫秒级别的数字在某种程度上是有意义的，并且随着规模的增大而有所缩放：循环次数减少10倍意味着时间减少10倍。

但是，在大约0.1毫秒左右，事情完全停止了缩放，我们必须测量完全随机的其他东西，而不是程序执行。

你也可以尝试创建裸机程序：如何在没有操作系统的情况下运行程序？ 我想知道在这种情况下BIOS和硬件本身会产生多少噪音，这将是一个有趣的尝试。
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可以查看英文原文，
原文链接