C 言語で getrusage 関数を使用してシステム時間を測定する
この記事では、C の getrusage 関数を使用してシステム時間を測定する複数の方法を示します。
getrusage 関数を使用して、シングルスレッドプログラムのシステム時間を計測する
一般に、実行中のプログラムには 2つの時間要素があります。システム時間は、プログラムがカーネルモードで実行される期間とユーザー時間を表し、ユーザーモードで経過した実行時間を示します。両方の値の合計はプロセス時間と呼ばれ、プログラムのパフォーマンスを最適化するときに役立つ指標です。
getrusage 関数は、プロセスに関する複数のデータポイントを取得し、そのうちの 1つは、struc timeval オブジェクトとして表されるシステム時刻です。getrusage は、整数値と struct rusage オブジェクトのアドレスを引数として取ります。整数は、測定するスレッド/プロセスを指定し、次の定義済みマクロ値 RUSAGE_SELF、RUSAGE_CHILDREN、または RUSAGE_THREAD を持つことができます。
一方、rusage 構造体は事前に宣言する必要があり、成功した関数呼び出しはそれに対応する値を格納します。timeval 構造体には、時間を表す秒とマイクロ秒の 2つのデータメンバーが含まれているため、経過時間を秒単位で計算する diffUserTime 関数と diffSystemTime 関数を実装しました。
#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);
}
出力：
loopFunc1 stats:
CPU time: 0.002193 sec user, 0.000000 sec system
loopFunc2 stats:
CPU time: 0.002087 sec user, 0.000190 sec system
getrusage 関数を使用して、マルチスレッドプログラムのシステム時間を測定する
getrusage 関数は、呼び出しプロセスですべてのスレッドが使用するシステム時間を取得することもできます。RUSAGE_SELF 引数はこの機能を指定し、前の例で見たように、シングルスレッドプログラムで相互に使用できます。
次のサンプルコードでは、16 個のスレッドを作成します。これらのスレッドはすべて、同じ loopFunc2 関数を実行して終了します。とにかく、getrusage 呼び出しによって取得された時間は、スレッドを作成したスレッドを含むすべてのスレッドで合計された経過時間に等しくなります。一方、ユーザーが呼び出し元のスレッドによってのみ消費されるシステム時間を測定したい場合は、RUSAGE_THREAD を最初の引数として渡すことができます。ただし、RUSAGE_THREAD 値は Linux 固有であり、ヘッダーファイルの前に _GNU_SOURCE を定義してインクルードする必要があることに注意してください。
#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);
}
出力：
loopFunc2 stats:
CPU time: 0.599556 sec user, 0.233000 sec system
