如何在Linux下测量C程序的实际执行时间？

Question

我知道这个问题可能已经被问过很多次，但是似乎大多数问题都涉及基于壁钟的代码流逝时间。代码块的流逝时间通常不等于实际执行时间，因为在感兴趣的代码流逝时间期间可能会执行其他进程。

我使用了getrusage()来获取进程的用户时间和系统时间，然后通过（用户时间+系统时间）计算出实际执行时间。我正在Ubuntu上运行我的程序。以下是我的问题：

1. 我如何知道getrusage()的精度？
2. 是否有其他方法可以比getrusage()提供更高的精度？

- Dillon Geo

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在正常的操作系统中，如果没有其他用户程序运行，实际执行时间和经过时间之间的差异就不重要了。通常情况下，实际执行时间与经过时间成正比。 - Andrei Bozantan

@Andrei：你假设程序不执行任何I/O操作（等待磁盘或网络），完全受CPU限制。这只适用于少数程序。 - Codo

定义“实际执行时间”。如果不是挂钟时间也不是用户+系统时间，那么它是什么？当你需要更高的精度时，你是指纳秒而不是微秒吗？请注意，纳秒级精度可能是虚构的，因为大多数Unix内核不提供这种东西。 - tchrist

clock_gettime能否满足您的需求？它们为大多数要求提供了几个时钟。CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID可能是您需要的。 - user406009

在多CPU机器上的多线程程序中，进程的CPU时间可能比进程的经过时间高得多（高达N倍，其中N是独立处理器的数量）。 - Jonathan Leffler

Answer 1

你可以通过利用内核的CPU时间功能，在Linux上检查一个进程的实际CPU时间：

 #include <time.h>

 clock_t start, end;
 double cpu_time_used;

 start = clock();
 ... /* Do the work. */
 end = clock();
 cpu_time_used = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC;

来源: http://www.gnu.org/s/hello/manual/libc/CPU-Time.html#CPU-Time

这样，您可以计算进程所使用的 CPU 时钟周期或实际被 CPU 处理的指令数量，从而获得实际工作时间。

- Lars

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这个方法似乎是测量两次调用clock()之间的经过时间，也就是说，测量的时间可能包括花费在其他进程上的时间，我理解的对吗？ - Dillon Geo

@Dillon Geo: 不是的。这是在两次调用之间由调用进程消耗的CPU时间。 - caf

@caf 是正确的 - 引用主CPU时间页面：CPU时间类似于日历时间，但它基于时间连续体的子集，当特定进程正在积极使用CPU时。因此，CPU时间是相对于进程的。 如果我的答案有帮助并且是正确的，请您点赞/接受为解决方案吗？谢谢！ :) - Lars

在64位机器上，clock()可能是最好的解决方案，因为它可以基于最佳系统调用进行实现，但这取决于具体实现。根据Linux clock(3)手册：“在glibc 2.17及更早版本中，clock()是基于times(2)实现的。为了提高精度，自glibc 2.18以来，它是基于clock_gettime(2)实现的（使用CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID时钟）。” - vinc17

Answer 2

getrusage()函数是我所知道的获取“已消耗CPU时间”的唯一标准/可移植方式。

目前没有简单的方法来确定返回值的精度。我建议先调用getrusage()获取初始值，然后重复调用它，直到返回的值与初始值不同为止，然后假设有效精度是初始值和最终值之间的差异。这虽然有些取巧（精度可能高于此方法确定的值，并且结果可能被视为最坏情况下的估计），但总比没有好。

我还担心返回值的准确性。在某些内核下，当定时器IRQ发生时，计数器会增加任意正在运行的代码；因此，一个进程可能非常幸运（并连续阻塞在定时器IRQ发生之前），或非常不幸（并在定时器IRQ发生之前解除阻止）。在这种情况下，“幸运”可能意味着CPU占用高的看起来像没有使用CPU时间，“不幸”可能意味着使用非常少的CPU时间的进程看起来像CPU占用很高。

针对特定体系结构/版本的特定内核（取决于内核在某些情况下是否使用特定配置选项进行编译），可能存在更高精度的非标准可移植替代品...

- Brendan

Answer 3

你可以使用这段代码：

#include <sys/time.h>
struct timeval start, end;
gettimeofday(&start, NULL);
.
.
.
gettimeofday(&end, NULL);
delta = ((end.tv_sec  - start.tv_sec) * 1000000u +
         end.tv_usec - start.tv_usec) / 1.e6;
printf("Time is : %f\n",delta);

它将显示您的代码片段的执行时间

- pooria

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因为这里使用了gettimeofday()来测量墙上时钟时间，所以被踩了。OP要求CPU时间（即当进程未执行时，经过的时间计数器应停止）。 - Matthew Cole