在 C 語言中使用 getrusage 函式測量系統時間
Jinku Hu
2023年10月12日
本文將演示使用 C 語言中的 getrusage 函式測量系統時間的多種方法。
使用 getrusage 函式來測量單執行緒程式的系統時間
一般來說，任何正在執行的程式中都有時間的兩個部分。系統時間表示程式在核心模式下執行的時間段和使用者時間，表示在使用者模式下經過的執行時間。這兩個值的總和稱為處理時間，這是優化程式效能時的有用度量。
getrusage 函式檢索有關該過程的多個資料點，其中之一是表示為 struc timeval 物件的系統時間。getrusage 使用整數值和 struct rusage 物件的地址作為引數。該整數指定應測量的執行緒/程序，並且可以具有以下預定義的巨集值 RUSAGE_SELF，RUSAGE_CHILDREN 或 RUSAGE_THREAD。
另一方面，應預先宣告 rusage 結構體，成功的函式呼叫將在其中儲存相應的值。由於 timeval 結構包含兩個資料成員-秒和微秒代表時間，因此我們實現了 diffUserTime 和 diffSystemTime 函式來計算經過的時間（以秒為單位）。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/resource.h>
#include <unistd.h>
enum { NUM_ITERS = 1000000 };
void loopFunc1(size_t num) {
int tmp = 0;
for (int i = 0; i < num; ++i) {
tmp += 1;
}
}
void *loopFunc2(size_t num) {
for (int i = 0; i < num; ++i) {
getpid();
}
return NULL;
}
float diffUserTime(struct rusage *start, struct rusage *end) {
return (end->ru_utime.tv_sec - start->ru_utime.tv_sec) +
1e-6 * (end->ru_utime.tv_usec - start->ru_utime.tv_usec);
}
float diffSystemTime(struct rusage *start, struct rusage *end) {
return (end->ru_stime.tv_sec - start->ru_stime.tv_sec) +
1e-6 * (end->ru_stime.tv_usec - start->ru_stime.tv_usec);
}
int main() {
struct rusage start, end;
getrusage(RUSAGE_SELF, &start);
loopFunc1(NUM_ITERS);
getrusage(RUSAGE_SELF, &end);
printf("loopFunc1 stats:\n");
printf(" CPU time: %.06f sec user, %.06f sec system\n",
diffUserTime(&start, &end), diffSystemTime(&start, &end));
getrusage(RUSAGE_SELF, &start);
loopFunc1(NUM_ITERS);
getrusage(RUSAGE_SELF, &end);
printf("loopFunc2 stats:\n");
printf(" CPU time: %.06f sec user, %.06f sec system\n",
diffUserTime(&start, &end), diffSystemTime(&start, &end));
exit(EXIT_SUCCESS);
}
輸出：
loopFunc1 stats:
CPU time: 0.002193 sec user, 0.000000 sec system
loopFunc2 stats:
CPU time: 0.002087 sec user, 0.000190 sec system
使用 getrusage 函式來測量多執行緒程式的系統時間
getrusage 函式還可以檢索呼叫過程中所有執行緒使用的系統時間。RUSAGE_SELF 引數指定此函式，如上例所示，它在單執行緒程式中可以相互使用。
在下面的示例程式碼中，我們建立 16 個執行緒，所有這些執行緒執行相同的 loopFunc2 函式並終止。無論如何，getrusage 呼叫所檢索的時間等於所有執行緒（包括那些建立它們的執行緒）總和所用的時間。同時，如果使用者只想測量呼叫執行緒消耗的系統時間，則可以將 RUSAGE_THREAD 作為第一個引數傳遞。但是請注意，RUSAGE_THREAD 值是特定於 Linux 的，並且必須在標頭檔案之前定義 _GNU_SOURCE 才能包含它。
#define _GNU_SOURCE
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/resource.h>
#include <threads.h>
#include <unistd.h>
enum { NUM_ITERS = 1000000, NUM_THREADS = 16 };
void *loopFunc2(size_t num) {
for (int i = 0; i < num; ++i) {
getpid();
}
return NULL;
}
float diffUserTime(struct rusage *start, struct rusage *end) {
return (end->ru_utime.tv_sec - start->ru_utime.tv_sec) +
1e-6 * (end->ru_utime.tv_usec - start->ru_utime.tv_usec);
}
float diffSystemTime(struct rusage *start, struct rusage *end) {
return (end->ru_stime.tv_sec - start->ru_stime.tv_sec) +
1e-6 * (end->ru_stime.tv_usec - start->ru_stime.tv_usec);
}
int main() {
struct rusage start, end;
thrd_t threads[NUM_THREADS];
int rc;
getrusage(RUSAGE_SELF, &start);
for (int i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
rc = thrd_create(&threads[i], (thrd_start_t)loopFunc2, (void *)NUM_ITERS);
if (rc == thrd_error) {
perror("[ERROR] thrd_create() call failed\n");
}
}
loopFunc2(NUM_ITERS);
getrusage(RUSAGE_SELF, &end);
printf("loopFunc2 stats:\n");
printf(" CPU time: %.06f sec user, %.06f sec system\n",
diffUserTime(&start, &end), diffSystemTime(&start, &end));
exit(EXIT_SUCCESS);
}
輸出：
loopFunc2 stats:
CPU time: 0.599556 sec user, 0.233000 sec system
作者： Jinku Hu
