如何在 Linux 中的 C++ 中计时操作时处理缓存

Question

我必须为 clock_gettime() 函数计时以估计和分析其他操作，而且它是家庭作业，所以我不能使用分析器并且必须编写自己的代码。

我的做法如下：

clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID,&begin);

for(int i=0;i<=n;i++)
    clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);
clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);

cout<<(end.tv_nsec-begin.tv_nsec)/n; //time per clock_gettime()

问题是当n=100时，输出为：370.63 ns，当n=100000时，输出：330 ns，当n=1000000时，输出：260 ns，n=10000000，输出：55 ns，... .不断减少。

我知道这是由于指令缓存而发生的，但我不知道如何在分析中处理这个问题。因为例如当我使用 gettime 估计函数调用的时间时，我怎么知道该 gettime 自己使用了多少时间？

对所有这些值取加权平均值是个好主意吗？ （我可以运行我想要的相同次数的操作，取其加权平均值，减去 gettime 的加权平均值并获得对操作的良好估计，而不考虑缓存？）

欢迎提出任何建议。

提前谢谢你。

Answer 1

计算时差时：(end.tv_nsec-begin.tv_nsec)/n

您只考虑了经过时间的纳秒部分。您还必须考虑秒数，因为 tv_nsec 字段仅反映秒的小数部分：

int64_t end_ns = ((int64_t)end.tv_sec * 1000000000) + end.tv_nsec;
int64_t begin_ns = ((int64_t)begin.tv_sec * 1000000000) + begin.tv_nsec;
int64_t elapsed_ns = end_ns - begin_ns;

实际上，使用您当前的代码，当end 的纳秒部分已经回绕并且小于begin 的纳秒部分时，您有时会得到否定的结果。

解决这个问题，您将能够观察到更加一致的结果。

---

编辑：为了完整起见，这是我用于测试的代码，它得到了非常一致的结果（每次调用在 280 到 300ns 之间，无论我使用多少次迭代）：

int main() {
  const int loops = 100000000;

  struct timespec begin;
  struct timespec end;
  clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &begin);

  for(int i = 0; i < loops; i++)
      clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);
  clock_gettime(CLOCK_PROCESS_CPUTIME_ID, &end);

  int64_t end_ns = ((int64_t)end.tv_sec * 1000000000) + end.tv_nsec;
  int64_t begin_ns = ((int64_t)begin.tv_sec * 1000000000) + begin.tv_nsec;
  int64_t elapsed_ns = end_ns - begin_ns;
  int64_t ns_per_call = elapsed_ns / loops;
  std::cout << ns_per_call << std::endl;
}