如何在 Linux 中创建高分辨率计时器来测量程序性能？
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【中文标题】如何在 Linux 中创建高分辨率计时器来测量程序性能？【英文标题】：How to create a high resolution timer in Linux to measure program performance? 【发布时间】：2011-07-19 15:20:24 【问题描述】：我正在尝试比较 GPU 和 CPU 的性能。对于 NVIDIA GPU，我一直在使用 cudaEvent_t 类型来获得非常精确的计时。
对于 CPU，我一直在使用以下代码：
// Timers
clock_t start, stop;
float elapsedTime = 0;
// Capture the start time
start = clock();
// Do something here
.......
// Capture the stop time
stop = clock();
// Retrieve time elapsed in milliseconds
elapsedTime = (float)(stop - start) / (float)CLOCKS_PER_SEC * 1000.0f;
显然，仅当您以秒为单位计算时，该段代码才有效。而且，有时结果很奇怪。
有人知道在 Linux 中创建高分辨率计时器的方法吗？
【问题讨论】：
看到这个问题：***.com/questions/700392/… 【参考方案1】：查看clock_gettime，这是高分辨率计时器的 POSIX 接口。
如果在阅读手册页后，您对CLOCK_REALTIME 和CLOCK_MONOTONIC 之间的区别感到疑惑，请参阅Difference between CLOCK_REALTIME and CLOCK_MONOTONIC?
完整示例请参见以下页面：http://www.guyrutenberg.com/2007/09/22/profiling-code-using-clock_gettime/
#include <iostream>
#include <time.h>
using namespace std;
timespec diff(timespec start, timespec end);
int main()
timespec time1, time2;
int temp;
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &time1);
for (int i = 0; i< 242000000; i++)
temp+=temp;
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &time2);
cout<<diff(time1,time2).tv_sec<<":"<<diff(time1,time2).tv_nsec<<endl;
return 0;
timespec diff(timespec start, timespec end)
timespec temp;
if ((end.tv_nsec-start.tv_nsec)<0)
temp.tv_sec = end.tv_sec-start.tv_sec-1;
temp.tv_nsec = 1000000000+end.tv_nsec-start.tv_nsec;
else
temp.tv_sec = end.tv_sec-start.tv_sec;
temp.tv_nsec = end.tv_nsec-start.tv_nsec;
return temp;
【讨论】：
只是为了让我清楚我所读到的内容，你能给我举个例子，说明如何使用 clock_gettime 来查找以纳秒为单位的经过时间吗？ @seljuq70：我添加了一个完整示例的链接。 OP 已发布 C，但您的答案是 C++。仍然有用，但在我没有 C++ 库的 ZedBoard 上没有：D 要修复，请在 timespec 前面加上 struct 并去掉 couts。 所以答案明确谈到了CLOCK_REALTIME 和CLOCK_MONOTONIC，但我们最终在代码示例中得到CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID？有人可以解决这个问题吗？有什么要走的？
@itMaxence 看看这个：***.com/a/3527632/9732482【参考方案2】：
总结目前提供的信息，这是典型应用程序所需的两个功能。
#include <time.h>
// call this function to start a nanosecond-resolution timer
struct timespec timer_start()
struct timespec start_time;
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &start_time);
return start_time;
// call this function to end a timer, returning nanoseconds elapsed as a long
long timer_end(struct timespec start_time)
struct timespec end_time;
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end_time);
long diffInNanos = (end_time.tv_sec - start_time.tv_sec) * (long)1e9 + (end_time.tv_nsec - start_time.tv_nsec);
return diffInNanos;
这是一个示例，说明如何使用它们来计时计算输入列表的方差所需的时间。
struct timespec vartime = timer_start(); // begin a timer called 'vartime'
double variance = var(input, MAXLEN); // perform the task we want to time
long time_elapsed_nanos = timer_end(vartime);
printf("Variance = %f, Time taken (nanoseconds): %ld\n", variance, time_elapsed_nanos);
【讨论】：
你不是忽略了timespec的tv_sec吗？另外，为什么是CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID 而不是CLOCK_MONOTONIC？
海报正在比较 CPU 和 GPU 的性能。老实说，您正在为代码提供 CPU 时间。 CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID。这意味着他将获得许多数量级的加速。对于 CPU/GPU 性能（这个问题），请始终使用挂墙时间。删除此答案。
@TimZaman 是的，在海报的用例中，实时可能会更好。不过，我不会删除答案，显然人们发现它很有用。干杯。
在使用 CLOCK_PROGRESS_CPUTIME_ID 之前，您应该运行 grep constant_tsc /proc/cpuinfo 以了解此时钟的工作原理。如果您的 CPU 不支持 constant_tsc，则时间反映了实际的 CPU 时钟周期。如果设置了标志，则调整时钟以考虑当前 CPU 频率。我给这个 -1 因为 time_elapsed_nanos 计算不正确。 This 可能是更好的方法。【参考方案3】：
struct timespec t;
clock_gettime(CLOCK_REALTIME, &t);
还有 CLOCK_REALTIME_HR，但我不确定它是否有任何区别..
【讨论】：
我不确定是否支持CLOCK_REALTIME_HR。 Question.【参考方案4】：
您是否对挂墙时间（实际经过了多少时间）或周期数（多少个周期）感兴趣？在第一种情况下，您应该使用 gettimeofday 之类的东西。
最高分辨率计时器使用RDTSC x86 汇编指令。但是，这会测量时钟滴答声，因此您应该确保已禁用省电模式。
TSC 的 wiki 页面提供了一些示例：http://en.wikipedia.org/wiki/Time_Stamp_Counter
【讨论】：
在现代 CPU 上，rdtsc 将 1:1 与挂钟时间相关联，而不是核心时钟周期。当您的进程（或整个 CPU）处于睡眠状态时，它不会暂停，并且它以恒定频率运行，无论涡轮/省电如何。使用性能计数器来测量实际的核心时钟周期。例如perf stat awk 'BEGIN for (i=0 ; i<10000000; i++)'.
我其实对墙上时间很感兴趣。您的回复恰到好处！
是否可以将您的回复链接到我的原始评论？【参考方案5】：
阅读完这个帖子后，我开始针对 c++11 的 chrono 测试 clock_gettime 的代码，但它们似乎不匹配。
他们之间有很大的差距！
std::chrono::seconds(1) 似乎相当于 clock_gettime
的 ~70,000#include <ctime>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <chrono>
#include <iomanip>
#include <vector>
#include <mutex>
timespec diff(timespec start, timespec end);
timespec get_cpu_now_time();
std::vector<timespec> get_start_end_pairs();
std::vector<timespec> get_start_end_pairs2();
void output_deltas(const std::vector<timespec> &start_end_pairs);
//=============================================================
int main()
std::cout << "Hello waiter" << std::endl; // flush is intentional
std::vector<timespec> start_end_pairs = get_start_end_pairs2();
output_deltas(start_end_pairs);
return EXIT_SUCCESS;
//=============================================================
std::vector<timespec> get_start_end_pairs()
std::vector<timespec> start_end_pairs;
for (int i = 0; i < 20; ++i)
start_end_pairs.push_back(get_cpu_now_time());
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
start_end_pairs.push_back(get_cpu_now_time());
return start_end_pairs;
//=============================================================
std::vector<timespec> get_start_end_pairs2()
std::mutex mu;
std::vector<std::thread> workers;
std::vector<timespec> start_end_pairs;
for (int i = 0; i < 20; ++i)
workers.emplace_back([&]()->void
auto start_time = get_cpu_now_time();
std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));
auto end_time = get_cpu_now_time();
std::lock_guard<std::mutex> locker(mu);
start_end_pairs.emplace_back(start_time);
start_end_pairs.emplace_back(end_time);
);
for (auto &worker: workers)
if (worker.joinable())
worker.join();
return start_end_pairs;
//=============================================================
void output_deltas(const std::vector<timespec> &start_end_pairs)
std::cout << "size: " << start_end_pairs.size() << std::endl;
for (auto it_start = start_end_pairs.begin(); it_start < start_end_pairs.end(); it_start += 2)
auto it_end = it_start + 1;
auto delta = diff(*it_start, *it_end);
std::cout
<< std::setw(2)
<< std::setfill(' ')
<< std::distance(start_end_pairs.begin(), it_start) / 2
<< " Waited ("
<< delta.tv_sec
<< "\ts\t"
<< std::setw(9)
<< std::setfill('0')
<< delta.tv_nsec
<< "\tns)"
<< std::endl;
//=============================================================
timespec diff(timespec start, timespec end)
timespec temp;
temp.tv_sec = end.tv_sec-start.tv_sec;
temp.tv_nsec = end.tv_nsec-start.tv_nsec;
if (temp.tv_nsec < 0)
++temp.tv_sec;
temp.tv_nsec += 1000000000;
return temp;
//=============================================================
timespec get_cpu_now_time()
timespec now_time;
memset(&now_time, 0, sizeof(timespec));
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &now_time);
return now_time;
输出：
Hello waiter
0 Waited (0 s 000843254 ns)
1 Waited (0 s 000681141 ns)
2 Waited (0 s 000685119 ns)
3 Waited (0 s 000674252 ns)
4 Waited (0 s 000714877 ns)
5 Waited (0 s 000624202 ns)
6 Waited (0 s 000746091 ns)
7 Waited (0 s 000575267 ns)
8 Waited (0 s 000860157 ns)
9 Waited (0 s 000827479 ns)
10 Waited (0 s 000612959 ns)
11 Waited (0 s 000534818 ns)
12 Waited (0 s 000553728 ns)
13 Waited (0 s 000586501 ns)
14 Waited (0 s 000627116 ns)
15 Waited (0 s 000616725 ns)
16 Waited (0 s 000616507 ns)
17 Waited (0 s 000641251 ns)
18 Waited (0 s 000683380 ns)
19 Waited (0 s 000850205 ns)
【讨论】：
我猜是 ++temp.tv_sec;是一种类型，你的意思是 --temp.tv_sec;在 diff 函数中。 它不是一种类型，当我减去 2 个结构时，我考虑到可能存在 结转 是的，明白了。但是，当您从 sec 到 nsec 进行进位时，您应该在 seconds 字段中减去 1 并将 1000000000 (1s) 与 nsec 字段相加。假设(10s and 900ns) - (5s and 1000ns) --> 5s and -100ns --> 4s and (-100+10^9)ns。最后一步减少秒，从而进行进位。【参考方案6】：
clock_gettime(2)
【讨论】：
clock_gettime 更可取，因为它可以让您获得纳秒。【参考方案7】：
epoll 实现： https://github.com/ielife/simple-timer-for-c-language
这样使用：
timer_server_handle_t *timer_handle = timer_server_init(1024);
if (NULL == timer_handle)
fprintf(stderr, "timer_server_init failed\n");
return -1;
ctimer timer1;
timer1.count_ = 3;
timer1.timer_internal_ = 0.5;
timer1.timer_cb_ = timer_cb1;
int *user_data1 = (int *)malloc(sizeof(int));
*user_data1 = 100;
timer1.user_data_ = user_data1;
timer_server_addtimer(timer_handle, &timer1);
ctimer timer2;
timer2.count_ = -1;
timer2.timer_internal_ = 0.5;
timer2.timer_cb_ = timer_cb2;
int *user_data2 = (int *)malloc(sizeof(int));
*user_data2 = 10;
timer2.user_data_ = user_data2;
timer_server_addtimer(timer_handle, &timer2);
sleep(10);
timer_server_deltimer(timer_handle, timer1.fd);
timer_server_deltimer(timer_handle, timer2.fd);
timer_server_uninit(timer_handle);
【讨论】：
以上是关于如何在 Linux 中创建高分辨率计时器来测量程序性能？的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章