计算程序运行时间timetclockt

1、计算程序运行时间time t clock t计算程序运行时间(time_t,clock_t)转载我们有时需要得到程序的运行时间，但我们也要知道，根本不可能精 确测量某一个程序运行的确切时间，文献中说的很明白，现摘录如下。我们平时常用的测量运行时间的方法并不是那么精确的，换句话说，想精 确获取程序运行时间并不是那么容易的。也许你会想，程序不就是一条条指令 么，每一条指令序列都有固定执行时间，为什么不好算？真实情况下，我们的计算机并不是只运行一个程序的，进程的切换，各种中断，共享的多用户，网络 流量，高速缓存的访问，转移预测等，都会对计时产生影响。文献中还提到：对于进程调度来讲，花费的时间分为两部

2、分，第一是计时 器中断处理的时间，也就是当且仅当这个时间间隔的时候，操作系统会选择， 是继续当前进程的执行还是切换到另外一个进程中去。第二是进程切换时间， 当系统要从进程A切换到进程B时，它必须先进入内核模式将进程 A的状态保 存，然后恢复进程B的状态。因此，这个切换过程是有内核活动来消耗时间的。 具体到进程的执行时间，这个时间也包括内核模式和用户模式两部分，模式之 间的切换也是需要消耗时间，不过都算在进程执行时间中了。那么有哪些方法能统计程序的运行时间呢 ？通过查找一些资料并结合自己的 实践体会，摘录和总结了下面几种方法。一、Linux 的 time 命令Linux系统下统计程序运行实践最简

3、单直接的方法就是使用time命令，文献1,2中详细介绍了 time命令的用法。此命令的用途在于测量特定指令执行 时所需消耗的时间及系统资源等资讯，在统计的时间结果中包含以下数据：实际时间(real time):从命令行执行到运行终止的消逝时间；用户CPU寸间(user CPU time):命令执行完成花费的系统 CPU寸间，即命 令在用户态中执行时间的总和；系统CPU寸间(system CPU time):命令执行完成花费的系统 CPU寸间，即 命令在核心态中执行时间的总和。其中，用户CPU寸间和系统CPU寸间之和为CPU寸间，即命令占用CPU执 行的时间总和。实际时间要大于 CPU寸间，因为

4、Linux是多任务操作系统，往 往在执行一条命令时，系统还要处理其他任务。另一个需要注意的问题是即使 每次执行相同的命令，所花费的时间也不一定相同，因为其花费的时间与系统 运行相关。二、间隔计数上面介绍的time命令能测量特定进程执行时所消耗的时间，它是怎么做到 的呢？操作系统用计时器来记录每个进程使用的累计时间，原理很简单，计时器 中断发生时，操作系统会在当前进程列表中寻找哪个进程是活动的，一旦发现 进程A正在运行立马就给进程 A的计数值增加计时器的时间间隔(这也是引起较 大误差的原因)。当然不是统一增加的，还要确定这个进程是在用户空间活动还 是在内核空间活动，如果是用户模式，就增加用户时间

5、，如果是内核模式，就 增加系统时间。这种方法的原理虽然简单但不精确。如果一个进程的运行时间 很短，短到和系统的计时器间隔一个数量级，用这种方法测出来的结果必然是 不够精确的，头尾都有误差。不过，如果程序的时间足够长，这种误差有时能 够相互弥补，一些被高估一些被低估，平均下来刚好。从理论上很难分析这个 误差的值，所以一般只有程序达到秒的数量级时用这种方法测试程序时间才有 意义。这种方法最大的优点是它的准确性不是非常依赖于系统负载。实现方法之一就是上面介绍的time命令，之二是使用tms结构体和times 函数。在Linux中，提供了一个times函数，原型是这个tms的结构体为struct tm

6、sclock_t tms_utime ； /user time clock_t tms_stime ； /system time clock_t tms_cutime ； /user time of reaped children clock_t tms_cstime /system time of reaped childre n这里的cutime和cstime，都是对已经终止并回收的时间的累计，也就是 说，times不能监视任何正在进行中的子进程所使用的时间。使用times函数需要包含头文件sys/times.h 。三、周期计数为了给计时测量提供更高的准确度，很多处理器还包含一个运行在始终

7、周 期级别的计时器，它是一个特殊的寄存器，每个时钟周期它都会自动加1。这个周期计数器呢，是一个64位无符号数，直观理解，就是如果你的处理器是 1GHZ勺，那么需要570年，它才会从2的64次方绕回到0,所以你大可不必考 虑溢出的问题。但是这种方法是依赖于硬件的。首先，并不是每种处理器都有 这样的寄存器的；其次，即使大多数都有，实现机制也不一样，因此，我们无 法用统一的，与平台无关的接口来使用它们。这下，就要使用汇编了。当然， 在这里实际用的是C语言的嵌入汇编：void counter(unsigned*hi,unsigned*lo)asm("rdtsc; movl%edx,%；mov

8、l%eax,%'1 : "=r"(*hi),"=r"(*lo): : "%edx","%eax") ； 第一行的指令负责读取周期计数器，后面的指令表示将其转移到指定地点 或寄存器。这样，我们将这段代码封装到函数中，就可以在需要测量的代码前 后均加上这个函数即可。最后得到的hi和lo值都是两个，除了相减得到间隔值外，还要进行一些处理，在此不表。不得不提出的是，周期计数方式还有一个问题，就是我们得到了两次调用 counter之间总的周期数，但我们不知道是哪个进程使用了这些周期，或者说 处理器是在内核还是在用户模

9、式中。间隔计数的好处就是它是操作系统控制给 进程计时的，我们可以知道具体哪个进程呢个模式；但是周期计数只测量经过 的时间，他不管是哪个进程使用的。所以，用周期计数的话必须很小心。举个 例子：double time()start_c oun ter()；P()；get_c oun ter()；这样一段程序，如果机器的负载很重，会导致p运行时间很长，而其实p函数本身是不需要运行这么长时间的，而是上下文切换等过程将它的时间拖长 了。而且，转移预测和高速缓存的命中率，对这个计数值也会有影响。通常情 况下，为了减少高速缓存不命中给我们程序执行时间带来的影响，可以执行这 样的代码：double time_

10、warm(void)P()；start_c oun ter()；P()；get_c oun ter()；它让指令高速缓存和数据高速缓存都得到了warm-up。接下来又有问题。如果我们的应用是属于那种每次执行都希望访问新的数据的那种呢？在这种情况下，我们希望让指令高速缓存warm-up,而数据高速缓存不能warm-up,很明显，time-warm函数低估我们的运行时间了。进一步修改:double time_cold(void)p()；clear_cache()；start_c oun ter()；p()；get_c oun ter()；注意，程序中加入了一个清除数据缓存的函数，这个函数的具体实现

11、很简单，依情况而定，比如举个例子：volatile int tmp ；static int dummyN ； N是需要清理缓存的字节数void clear_cache(void)int i,sum=0for(i=1 ； i N ; i+)dummyi=2 ；for（i=1 ； i N ； i+）sum+=dummyi；tmp=sum具体原理很简单，定义一个数组并在其上执行一个计算，计算过程中的数 据会覆盖高速数据缓存中原有的数据。每一次的store和load都会让高速数据缓存cache这个数组，而定义为volatile 的tmp则保证这段代码不会被优化。这样做，是不是就万无一失了呢？不是的，因

12、为大多数处理器，L2高速缓 存是不分指令和数据的，这样 clear_cache会让所有p的指令也被清除，只不 过：L1缓存中的指令还会保留而已。其实上面提到的诸多原因，都是我们不能控制的，我们无法控制让高速缓 存去加载什么，不去加载什么，加载时去掉什么。保留什么。而且，这些误差 通常都是会过高估计真实的运行时间。那么具体使用时，有没有什么办法来改 善这种情况呢？有，就是The K-Best Measurement Scheme。这其实很麻烦，所 以在具体实践中都不用它。四、gettimeofday函数计时gettimeofday是一个库函数，包含在time.h中。它的功能是查询系统时 钟，以确

13、定当前的日期和时间。相对于间隔计数的小适用范围和周期计数的麻 烦性，gettimeofday是一个可移植性更好相对较准确的方法。它的原型如下：struct timevallong tv_sec ； / 秒域long tv_usec ; II 微妙域int gettimeofday(struct timeval*tv,NULL)；这个机制呢，具体的实现方式在不同系统上是不一样的，而且具体的精确 程度是和系统相关的：比如在 Linux下，是用周期计数来实现这个函数的，所 以和周期计数的精确度差不多，但是在 Win dows NT下，是使用间隔计数实现的, 精确度就很低了。具体使用，就是在要计算运行

14、时间的程序段之前和之后分别加上 gettimeofday(&tvstart,NULL)、gettimeofday(&tvend,NULL)，然后计算：(tve nd.tv_sec-tvstart.tv_sec)+(tve nd.tv_usec- tvstart.tv_usec)/1000000就得到了以秒为单位的计时时间。五、clock函数clock也是一个库函数，仍然包含在time.h中，函数原型是：clock_t clock(void) ；功能：返回自程序开始运行的处理器时间，如果无可用信息，返回-1。转换返回值若以秒计需除以CLOCKS_PER_SECON注：如果编译器是

15、POSIX兼容 的, CLOCKS_PER_SECOND为 1000000。)使用clock函数也比较简单：在要计时程序段前后分别调用clock函数，用后一次的返回值减去前一次的返回值就得到运行的处理器时间，然后再转换 为秒。举例如下：double totaltimestarttime=clock()en dtime=clock()；totaltime=(double)(e ndtime-starttime)/(double)CLOCKS_PER_SEC);六、time函数在time.h中还包含另一个时间函数：time。文献对其进行了详细的介绍。通过time()函数来获得日历时间(Calend

16、ar Time)，其原型为：time_t time(time_t*timer)。通过difftime 函数可以计算前后两次的时间差：double difftime(time_t time1,time_t timeO)。用 time_t 表示的时间(日历时间)是从一个时间点(例如：1970年1月1日0时0分0秒)到此时的秒数，则此函数 的前后两次时间差也是以秒为单位。比如：time_t startT,e ndT ；double totalT ；startT=time(NULL)；en dT=time(NULL)；totalT=difftime(startT,e ndT)关于此函数的其他应用请参见

17、文献总结:使用相应的方法，调用相应的函数，还需要关注它们可以表示的范围和精 度，这样才能"挑肥拣瘦"。先来看看时间函数中经常用到的两个数据类型的定 义：clock_t 的定义#ifndef _CLOCK_T_DEFINED typedef long clock_t ； #define _CLOCK_T_DEFINED#e ndiftime_t 的定义#ifndef _TIME_T_DEFINED typedef long time_t ；#defi ne _TIME_T_DEFINED#endif long 型数据的取值范围是-2147483648+2147483647 所以， gettimeofday函数取得的时间最大值为 2147483647+2147483647/1000000=2147485794.483647 s,大约为 68.096 年； clock函数取得的时间最大值为 2147483647