linux 下统计程序 / 函数运行时间

time 命令

作用

time 命令常用于测量一个命令的运行时间。

但是仔细查看 man 手册发现，time 能做的不仅仅是测量运行时间，还可以测量内存、I/ O 等使用情况。手册页上的说法是 time a simple command or give resource usage，其中 time 一词我认为它应该是测量或测定的意思，并不单指时间。

用例

jonathan@cloud:~$ time ls
bak  gitbook  github  learn  test  work

real    0m0.002s
user    0m0.000s
sys    0m0.002s

输出的信息分别显示了该命令所花费的 real 时间、user 时间和 sys 时间。

• real 时间：是指挂钟时间，也就是命令开始执行到结束的时间。这个短时间包括其他进程所占用的时间片，和进程被阻塞时所花费的时间。
• user 时间：是指进程花费在用户模式中的 CPU 时间，这是唯一真正用于执行进程所花费的时间，其他进程和花费阻塞状态中的时间没有计算在内。
• sys 时间：是指花费在内核模式中的 CPU 时间，代表在内核中执系统调用所花费的时间，这也是真正由进程使用的 CPU 时间。

linux 中 time 命令不只一个

shell 中一般会内建 time 命令，但是这个内建的 time，功能比较弱。如果我们要使用复杂的功能的话就必须使用外部的 time。

内建 time：time

外部 time：/usr/bin/time

/usr/bin/time 的参数

• 无参数

  jonathan@cloud:~$ /usr/bin/time ls
  bak  gitbook  github  learn  outfile.txt  test    work
  0.00user 0.00system 0:00.00elapsed 100%CPU (0avgtext+0avgdata 1012maxresident)k
  0inputs+0outputs (0major+313minor)pagefaults 0swaps

• -v 输出详细信息

  jonathan@cloud:~$ /usr/bin/time -v ls
  bak  gitbook  github  learn  outfile.txt  test    work
      Command being timed: "ls"
      User time (seconds): 0.00
      System time (seconds): 0.00
      Percent of CPU this job got: 100%
      Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:00.00
      Average shared text size (kbytes): 0
      Average unshared data size (kbytes): 0
      Average stack size (kbytes): 0
      Average total size (kbytes): 0
      Maximum resident set size (kbytes): 1012
      Average resident set size (kbytes): 0
      Major (requiring I/O) page faults: 0
      Minor (reclaiming a frame) page faults: 313
      Voluntary context switches: 1
      Involuntary context switches: 0
      Swaps: 0
      File system inputs: 0
      File system outputs: 0
      Socket messages sent: 0
      Socket messages received: 0
      Signals delivered: 0
      Page size (bytes): 4096
      Exit status: 0

• -o 将执行时间写入到文件中

  $ /usr/bin/time -o outfile.txt ls

• -a 追加信息

  $ /usr/bin/time -a -o outfile.txt ls

• -f 格式化时间输出

  $ /usr/bin/time -f "time: %U" ls

  参数：

  参数	描述
  %E	real 时间，显示格式为 [小时:] 分钟: 秒
  %U	user 时间。
  %S	sys 时间。
  %C	进行计时的命令名称和命令行参数。
  %D	进程非共享数据区域，以 KB 为单位。
  %x	命令退出状态。
  %k	进程接收到的信号数量。
  %w	进程被交换出主存的次数。
  %Z	系统的页面大小，这是一个系统常量，不用系统中常量值也不同。
  %P	进程所获取的 CPU 时间百分百，这个值等于 user+system 时间除以总共的运行时间。
  %K	进程的平均总内存使用量（data+stack+text），单位是 KB。
  %w	进程主动进行上下文切换的次数，例如等待 I / O 操作完成。
  %c	进程被迫进行上下文切换的次数（由于时间片到期）。
  …

clock() / clock_gettime()函数

clock()

注意：clock()函数返回的是进程在运行中使用 cpu 的时间，而非真实时间时间流逝。显然这个时间比真实时间慢很多，除非你程序满 cpu 在跑。

这个函数比较适合用来衡量程序性能。

用法

clock()/CLOCKS_PER_SEC 可以得到秒计数的时间。

用例

#include<stdio.h>           
#include <time.h>               /* 要包含的头文件 */

int main(int argc, char *argv[])
{
    /* Init  */
    clock_t start, end;
    start = clock();           /* 记录起始时间 */

    printf("time calc test\n");
/*
* 函数进行的一些列操作
* */

    /* Final Status */
    end = clock();           /* 记录结束时间 */
    {double seconds  =(double)(end - start)/CLOCKS_PER_SEC;
        fprintf(stderr, "Use time is: %.8f\n", seconds);
    }
    return 0;
}

运行结果：

# time ./helloTest
time calc test
Use time is 0.00003100

real    0m0.003s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s

clock_gettime()

原型

extern int clock_gettime(clockid_t, struct timespec*);

• 参数 clockid_t 类型常见的有四种：

  • CLOCK_REALTIME：系统实时时间。
  • CLOCK_MONOTONIC：从系统启动时开始计时，不受系统时间被用户改变的影响。
  • CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID：本进程到当前代码系统 CPU 花费的时间，包含该进程下的所有线程。
  • CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID：本线程到当前代码系统 CPU 花费的时间。
  • CLOCK_REALTIME_COARSE：精度低，速度快
  • CLOCK_MONOTONIC_COARSE：精度低，速度快
  • CLOCK_MONOTONIC_RAW：和 CLOCK_MONOTONIC 类似，但是它是访问的硬件时间，不受 NTP 时间服务器的调整和 adjtime()的影响。
  • CLOCK_BOOTTIME：和 CLOCK_MONOTONIC 一样，但是包含系统挂起的时间。

• 参数 struct timespec

  struct timespec {
   __kernel_time_t tv_sec;
   long tv_nsec;
  };

可以看到，如果用 CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID，就和直接用 clock()是一样的。而要计算现实时间，就不能用后两种类型，必须用 CLOCK_REALTIME 或者 CLOCK_MONOTONIC。要计算时间差，秒对秒一减，纳秒对纳秒一减，统一到同一个单位相加即可。