在 C 语言中使用 getrusage 函数测量系统时间

Jinku Hu 2023年10月12日
  1. 使用 getrusage 函数来测量单线程程序的系统时间
  2. 使用 getrusage 函数来测量多线程程序的系统时间
在 C 语言中使用 getrusage 函数测量系统时间

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_SELFRUSAGE_CHILDRENRUSAGE_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 diffUserTimediffSystemTime 函数来计算经过的时间(以秒为单位)。

#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);
}

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 <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);
}

输出:

loopFunc2 stats:
  CPU time: 0.599556 sec user, 0.233000 sec system
作者: Jinku Hu
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DelftStack.com 创始人。Jinku 在机器人和汽车行业工作了8多年。他在自动测试、远程测试及从耐久性测试中创建报告时磨练了自己的编程技能。他拥有电气/电子工程背景,但他也扩展了自己的兴趣到嵌入式电子、嵌入式编程以及前端和后端编程。

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