迹忆客 专注技术分享

本文将演示使用 C 语言中的 getrusage 函数测量系统时间的多种方法。

使用 getrusage 函数来测量单线程程序的系统时间

一般来说，任何正在运行的程序中都有时间的两个部分。系统时间表示程序在内核模式下执行的时间段和用户时间，表示在用户模式下经过的执行时间。这两个值的总和称为处理时间，这是优化程序性能时的有用度量。

getrusage 函数检索有关该过程的多个数据点，其中之一是表示为 struc timeval 对象的系统时间。getrusage 使用整数值和 struct rusage 对象的地址作为参数。该整数指定应测量的线程/进程，并且可以具有以下预定义的宏值 RUSAGE_SELF，RUSAGE_CHILDREN 或 RUSAGE_THREAD。

另一方面，应预先声明 rusage 结构体，成功的函数调用将在其中存储相应的值。由于 timeval 结构包含两个数据成员-秒和微秒代表时间，因此我们实现了 diffUserTime 和 diffSystemTime 函数来计算经过的时间（以秒为单位）。

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/resource.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);
}

输出：

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 函数来测量多线程程序的系统时间

getrusage 函数还可以检索调用过程中所有线程使用的系统时间。RUSAGE_SELF 参数指定此函数，如上例所示，它在单线程程序中可以相互使用。

在下面的示例代码中，我们创建 16 个线程，所有这些线程执行相同的 loopFunc2 函数并终止。无论如何，getrusage 调用所检索的时间等于所有线程（包括那些创建它们的线程）总和所用的时间。同时，如果用户只想测量调用线程消耗的系统时间，则可以将 RUSAGE_THREAD 作为第一个参数传递。但是请注意，RUSAGE_THREAD 值是特定于 Linux 的，并且必须在头文件之前定义 _GNU_SOURCE 才能包含它。

#define _GNU_SOURCE
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/resource.h>
#include <threads.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);
}

输出：

loopFunc2 stats:
  CPU time: 0.599556 sec user, 0.233000 sec system