在 C 中测量处理器滴答声

Question

我想计算在函数内执行相同代码时的执行时间差异。然而，令我惊讶的是，当我使用clock()/clock_t 作为启动和停止计时器时，有时时钟差为0。这是否意味着clock()/clock_t 实际上并没有返回处理器在任务上花费的点击次数？

经过一番搜索，在我看来，clock_gettime() 会返回更细粒度的结果。确实如此，但我最终得到了任意数量的纳（？）秒。它暗示了执行时间的差异，但很难准确说明它究竟有多少点击差异。我该怎么做才能找到这个？

#include <math.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define M_PI_DOUBLE (M_PI * 2)

void rotatetest(const float *x, const float *c, float *result) {
    float rotationfraction = *x / *c;
    *result = M_PI_DOUBLE * rotationfraction;
}

int main() {

    int i;
    long test_total = 0;
    int test_count = 1000000;
    struct timespec test_time_begin;
    struct timespec test_time_end;

    float r = 50.f;
    float c = 2 * M_PI * r;
    float x = 3.f;
    float result_inline = 0.f;
    float result_function = 0.f;

    for (i = 0; i < test_count; i++) {
        clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &test_time_begin);
        float rotationfraction = x / c;
        result_inline = M_PI_DOUBLE * rotationfraction;
        clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &test_time_end);
        test_total += test_time_end.tv_nsec - test_time_begin.tv_nsec;
    }

    printf("Inline clocks %li, avg %f (result is %f)\n", test_total, test_total / (float)test_count,result_inline);

    for (i = 0; i < test_count; i++) {
        clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &test_time_begin);
        rotatetest(&x, &c, &result_function);
        clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &test_time_end);
        test_total += test_time_end.tv_nsec - test_time_begin.tv_nsec;
    }

    printf("Function clocks %li, avg %f (result is %f)\n", test_total, test_total / (float)test_count, result_inline);

    return 0;
}

我在 Linux 3.13.0-37-generic（Linux Mint 16）上使用 gcc 版本 4.8.4

Answer 1

在谷歌上搜索了一下之后，我可以看到 clock() 函数可以用作标准机制来查找要执行的书，但请注意，根据处理器的负载，时间会在不同的时间发生变化, 您可以使用以下代码进行计算

clock_t begin, end;
double time_spent;

begin = clock();
/* here, do your time-consuming job */
end = clock();
time_spent = (double)(end - begin) / CLOCKS_PER_SEC;

Answer 2

首先：正如在 cmets 中已经提到的那样，一个接一个地执行一次运行可能对您没有好处。如果一切都走下坡路，那么获取时间的调用实际上可能需要比实际执行操作更长的时间。

请记录操作的多次运行（包括预热阶段，以便交换所有内容）并计算平均运行时间。

clock() 不保证是单调的。它也不是程序已运行的处理器点击次数（无论您将其定义为什么）。描述来自clock() 的结果的最佳方式可能是“尽最大努力估计任何一个 CPU 用于计算当前进程的时间”。因此，对于基准测试而言，clock() 几乎是无用的。

作为per specification:

clock() 函数返回实现对进程使用的处理器时间的最佳近似值，因为该实现依赖于仅与进程调用相关的时间开始。

另外

要确定以秒为单位的时间，clock() 返回的值应除以宏 CLOCKS_PER_SEC 的值。

所以，如果你打电话给clock() 的次数超过了解决办法，那你就倒霉了。

对于分析/基准测试，您应该（如果可能）使用现代硬件上可用的性能时钟之一。主要候选人可能是

• HPET
• TSC

编辑：问题现在引用CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID，这是 Linux 公开 TSC 的方式。

是否有任何（或两者）可用取决于硬件也是操作系统特定的。