一)ANSI clock函數
1)概述:
clock 函數的返回值類型是clock_t,它除以CLOCKS_PER_SEC來得出時間,一般用兩次clock函數來計算進程自身運行的時間.
ANSI clock有三個問題:
1)如果超過一個小時,將要導致溢出.
2)函數clock沒有考慮CPU被子進程使用的情況.
3)也不能區分用戶空間和內核空間.
所以clock函數在linux系統上變得沒有意義.
2)測試
編寫test1.c程序,測試采用clock函數的輸出與time程序的區別.
vi test1.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
int main( void )
{
long i=1000L;
clock_t start, finish;
double duration;
printf( "Time to do %ld empty loops is ", i );
start = clock();
while (--i){
system("cd");
}
finish = clock();
duration = (double)(finish - start) / CLOCKS_PER_SEC;
printf( "%f seconds\n", duration );
return 0;
}
gcc test1.c -o test1
time ./test1
Time to do 1000 empty loops is 0.180000 seconds
real 0m3.492s
user 0m0.512s
sys 0m2.972s
3)總結:
(1)程序調用 system("cd");，這里主要是系統模式子進程的消耗,test1程序不能體現這一點.
(2)0.180000 seconds秒的消耗是兩次clock()函數調用除以CLOCKS_PER_SEC.
(3)clock()函數返回值是一個相對時間，而不是絕對時間.
(4)CLOCKS_PER_SEC是系統定義的宏，由GNU標準庫定義為1000000.
二)times()時間函數
1)概述:
原型如下：
clock_t times(struct tms *buf);
tms結構體如下:
strace tms{
clock_t tms_utime;
clock_t tms_stime;
clock_t tms_cutime;
clock_t tms_cstime;
}
注釋:
tms_utime記錄的是進程執行用戶代碼的時間.
tms_stime記錄的是進程執行內核代碼的時間.
tms_cutime記錄的是子進程執行用戶代碼的時間.
tms_cstime記錄的是子進程執行內核代碼的時間.
2)測試:
vi test2.c
#include <sys/times.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
static void do_cmd(char *);
static void pr_times(clock_t, struct tms *, struct tms *);
int main(int argc, char *argv[]){
int i;
for(i=1; argv[i]!=NULL; i++){
do_cmd(argv[i]);
}
exit(1);
}
static void do_cmd(char *cmd){
struct tms tmsstart, tmsend;
clock_t start, end;
int status;
if((start=times(&tmsstart))== -1)
puts("times error");
if((status=system(cmd))<0)
puts("system error");
if((end=times(&tmsend))== -1)
puts("times error");
pr_times(end-start, &tmsstart, &tmsend);
exit(0);
}
static void pr_times(clock_t real, struct tms *tmsstart, struct tms *tmsend){
static long clktck=0;
if(0 == clktck)
if((clktck=sysconf(_SC_CLK_TCK))<0)
puts("sysconf err");
printf("real:%7.2f\n", real/(double)clktck);
printf("user-cpu:%7.2f\n", (tmsend->tms_utime - tmsstart->tms_utime)/(double)clktck);
printf("system-cpu:%7.2f\n", (tmsend->tms_stime - tmsstart->tms_stime)/(double)clktck);
printf("child-user-cpu:%7.2f\n", (tmsend->tms_cutime - tmsstart->tms_cutime)/(double)clktck);
printf("child-system-cpu:%7.2f\n", (tmsend->tms_cstime - tmsstart->tms_cstime)/(double)clktck);
}
編譯:
gcc test2.c -o test2
測試這個程序:
time ./test2 "dd if=/dev/zero f=/dev/null bs=1M count=10000"
10000+0 records in
10000+0 records out
10485760000 bytes (10 GB) copied, 4.93028 s, 2.1 GB/s
real: 4.94
user-cpu: 0.00
system-cpu: 0.00
child-user-cpu: 0.01
child-system-cpu: 4.82
real 0m4.943s
user 0m0.016s
sys 0m4.828s
3)總結:
(1)通過這個測試,系統的time程序與test2程序輸出基本一致了.
(2)(double)clktck是通過clktck=sysconf(_SC_CLK_TCK)來取的,也就是要得到user-cpu所占用的時間, 就要用
(tmsend->tms_utime - tmsstart->tms_utime)/(double)clktck);
(3)clock_t times(struct tms *buf);返回值是過去一段時間內時鐘嘀嗒的次數.
(4)times()函數返回值也是一個相對時間.
三)實時函數clock_gettime
在POSIX1003.1中增添了這個函數,它的原型如下：
int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec *tp);
它有以下的特點:
1)它也有一個時間結構體:timespec ,timespec計算時間次數的單位是十億分之一秒.
strace timespec{
time_t tv_sec;
long tv_nsec;
}
2)clockid_t是確定哪個時鐘類型.
CLOCK_REALTIME: 標準POSIX實時時鐘
CLOCK_MONOTONIC: POSIX時鐘,以恒定速率運行;不會復位和調整,它的取值和CLOCK_REALTIME是一樣的.
CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID和CLOCK_THREAD_CPUTIME_ID是CPU中的硬件計時器中實現的.
3)測試:
#include<time.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#define MILLION 1000000
int main(void)
{
long int loop = 1000;
struct timespec tpstart;
struct timespec tpend;
long timedif;
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tpstart);
while (--loop){
system("cd");
}
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &tpend);
timedif = MILLION*(tpend.tv_sec-tpstart.tv_sec)+(tpend.tv_nsec-tpstart.tv_nsec)/1000;
fprintf(stdout, "it took %ld microseconds\n", timedif);
return 0;
}
編譯:
gcc test3.c -lrt -o test3
計算時間:
time ./test3
it took 3463843 microseconds
real 0m3.467s
user 0m0.512s
sys 0m2.936s
四)時間函數gettimeofday()
1)概述:
gettimeofday()可以獲得當前系統的時間,是一個絕對值
原型如下：
int gettimeofday ( struct timeval * tv , struct timezone * tz )
timeval結型體的原型如下:
struct timeval {
time_t tv_sec;
suseconds_t tv_usec;
};
所以它可以精確到微秒
測試:
#include <sys/time.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int
main(){
int i=10000000;
struct timeval tvs,tve;
gettimeofday(&tvs,NULL);
while (--i);
gettimeofday(&tve,NULL);
double span = tve.tv_sec-tvs.tv_sec + (tve.tv_usec-tvs.tv_usec)/1000000.0;
printf("time: %.12f\n",span);
return 0;
}
gcc test5.c
./a.out
time: 0.041239000000
五)四種時間函數的比較
1)精確度比較:
以下是各種精確度的類型轉換:
1秒=1000毫秒(ms), 1毫秒=1/1000秒(s)；
1秒=1000000 微秒(μs), 1微秒=1/1000000秒(s)；
1秒=1000000000 納秒(ns),1納秒=1/1000000000秒(s)；
2)
clock()函數的精確度是10毫秒(ms)
times()函數的精確度是10毫秒(ms)
gettimofday()函數的精確度是微秒(μs)
clock_gettime()函數的計量單位為十億分之一，也就是納秒(ns)
3)測試4種函數的精確度:
vi test4.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <sys/times.h>
#include <sys/time.h>
#define WAIT for(i=0;i<298765432;i++);
#define MILLION 1000000
int
main ( int argc, char *argv[] )
{
int i;
long ttt;
clock_t s,e;
struct tms aaa;
s=clock();
WAIT;
e=clock();
printf("clock time : %.12f\n",(e-s)/(double)CLOCKS_PER_SEC);
long tps = sysconf(_SC_CLK_TCK);
s=times(&aaa);
WAIT;
e=times(&aaa);
printf("times time : %.12f\n",(e-s)/(double)tps);
struct timeval tvs,tve;
gettimeofday(&tvs,NULL);
WAIT;
gettimeofday(&tve,NULL);
double span = tve.tv_sec-tvs.tv_sec + (tve.tv_usec-tvs.tv_usec)/1000000.0;
printf("gettimeofday time: %.12f\n",span);
struct timespec tpstart;
struct timespec tpend;
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &tpstart);
WAIT;
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &tpend);
double timedif = (tpend.tv_sec-tpstart.tv_sec)+(tpend.tv_nsec-tpstart.tv_nsec)/1000000000.0;
printf("clock_gettime time: %.12f\n", timedif);
return EXIT_SUCCESS;
}
gcc -lrt test4.c -o test4
debian:/tmp# ./test4
clock time : 1.190000000000
times time : 1.180000000000
gettimeofday time: 1.186477000000
clock_gettime time: 1.179271718000
六)內核時鐘
默認的Linux時鐘周期是100HZ,而現在最新的內核時鐘周期默認為250HZ.
如何得到內核的時鐘周期呢?
grep ^CONFIG_HZ /boot/config-2.6.26-1-xen-amd64
CONFIG_HZ_250=y
CONFIG_HZ=250
結果就是250HZ.
而用sysconf(_SC_CLK_TCK);得到的卻是100HZ
例如:
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <sys/times.h>
#include <sys/time.h>
int
main ( int argc, char *argv[] )
{
long tps = sysconf(_SC_CLK_TCK);
printf("%ld\n", tps);
return EXIT_SUCCESS;
}
為什么得到的是不同的值呢？
因為sysconf(_SC_CLK_TCK)和CONFIG_HZ所代表的意義是不同的.
sysconf(_SC_CLK_TCK)是GNU標準庫的clock_t頻率.
它的定義位置在:/usr/include/asm/param.h
例如:
#ifndef HZ
#define HZ 100
#endif
最后總結一下內核時間:
內核的標準時間是jiffy,一個jiffy就是一個內部時鐘周期,而內部時鐘周期是由250HZ的頻率所產生中的,也就是一個時鐘滴答,間隔時間是4毫 秒(ms).
也就是說:
1個jiffy=1個內部時鐘周期=250HZ=1個時鐘滴答=4毫秒
每經過一個時鐘滴答就會調用一次時鐘中斷處理程序，處理程序用jiffy來累計時鐘滴答數,每發生一次時鐘中斷就增1.
而每個中斷之后,系統通過調度程序跟據時間片選擇是否要進程繼續運行,或讓進程進入就緒狀態.
最后需要說明的是每個操作系統的時鐘滴答頻率都是不一樣的,LINUX可以選擇(100,250,1000)HZ,而DOS的頻率是55HZ.
七)為應用程序計時
用time程序可以監視任何命令或腳本占用CPU的情況.
1)bash內置命令time
例如:
time sleep 1
real 0m1.016s
user 0m0.000s
sys 0m0.004s
2)/usr/bin/time的一般命令行
例如:
\time sleep 1
0.00user 0.00system 0:01.01elapsed 0%CPU (0avgtext+0avgdata 0maxresident)k
0inputs+0outputs (1major+176minor)pagefaults 0swaps
注：
在命令前加上斜杠可以繞過內部命令.
/usr/bin/time還可以加上-v看到更具體的輸出:
\time -v sleep 1
Command being timed: "sleep 1"
User time (seconds): 0.00
System time (seconds): 0.00
Percent of CPU this job got: 0%
Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:01.00
Average shared text size (kbytes): 0
Average unshared data size (kbytes): 0
Average stack size (kbytes): 0
Average total size (kbytes): 0
Maximum resident set size (kbytes): 0
Average resident set size (kbytes): 0
Major (requiring I/O) page faults: 0
Minor (reclaiming a frame) page faults: 178
Voluntary context switches: 2
Involuntary context switches: 0
Swaps: 0
File system inputs: 0
File system outputs: 0
Socket messages sent: 0
Socket messages received: 0
Signals delivered: 0
Page size (bytes): 4096
Exit status: 0
這里的輸出更多來源于結構體rusage.
最后，我們看到real time大于user time和sys time的總和，這說明進程不是在系統調用中阻塞,就是得不到運行的機會.
而sleep()的運用，也說明了這一點