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[26497] 2021-08-10_在Linux上，使用time优雅的统计程序运行时间

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-19
2021-08-10_在Linux上，使用time优雅的统计程序运行时间 在 L i n u x 上 ， 使 用 t i m e 优 雅 的 统 计 程 序 运 行 时 间 L i n u x 学 习   2 0 2 1 - 0 8 - 1 0 以 下 文 章 来 源 于 编 程 修 养   ， 作 者 程 序 员 肖 邦 来 自 公 众 号 ： 来 自 公 众 号 ： 编 程 修 养 编 程 修 养 大 家 好 ， 我 是 肖 邦 肖 邦 。 最 近 在 使 用     命 令 时 ， 无 意 间 发 现 了 一 些 隐 藏 的 小 秘 密 和 强 大 功 能 ， 今 天 分 享 给 大 家 。   在   L i n u x   下 是 比 较 常 用 的 命 令 ， 可 以 帮 助 我 们 方 便 的 计 算 程 序 的 运 行 时 间 ， 对 比 采 用 不 同 方 案 时 程 序 的 运 行 性 能 。 看 似 简 单 的 命 令 ， 其 实 蕴 藏 着 很 多 细 节 和 技 巧 ， 来 跟 着 肖 邦 一 起 学 习 吧 。 1   基 础 用 法 详 解 基 础 用 法 详 解 先 来 看 下 最 基 础 的 用 法 ， 也 可 能 是 大 家 最 常 见 的 用 法 了 可 以 很 清 楚 看 到 ， f i n d   命 令 执 行 的 时 间 为   0 . 1 7 4 s ， 是 不 是 很 简 单 ， 很 方 便 呢 不 过 ，   命 令 输 出 了 三 个 参 数 ， 我 们 只 用 到 了 第 一 个 参 数 ， 其 它 两 个 参 数 代 表 什 么 含 义 呢 ？ 这 里 我 来 解 释 一 下 ： r e a l ： 表 示 的 是 墙 上 时 间 ， 说 白 了 ， 其 实 就 是 从 程 序 运 行 开 始 到 结 束 所 经 历 的 时 间 ； u s e r ： 表 示 程 序 运 行 期 间 ， c p u   在 用 户 态 所 花 费 的 时 间 ； s y s ： 表 示 程 序 运 行 期 间 ， c p u   在 内 核 态 所 花 费 的 时 间 ； 编 程 修 养 编 程 修 养   . 作 者 从 事   L i n u x   系 统 开 发 多 年 ， 公 众 号 主 要 分 享   L i n u x   实 用 技 巧 、 网 络 、 算 法 、 高 质 量 编 程 、 高 性 能 编 程 等 方 面 的 文 章 ， 欢 迎 关 注 ！ t i m e t i m e r o o t @ c h o p i n : ~ $   t i m e   f i n d   .   - n a m e   " c h o p i n . t x t " . . . . . . r e a l       0 m 0 . 1 7 4 s u s e r       0 m 0 . 0 8 4 s s y s         0 m 0 . 0 8 4 s t i m e
细 心 的 读 者 会 发 现 ， 上 述 案 例 中 的   u s e r   +   s y s   不 等 于   r e a l ， 这 是 怎 么 回 事 呢 ？ 其 实 上 边 解 释 的   u s e r   和   s y s ， 是   c p u   执 行 指 令 所 消 耗 的 时 间 ， 并 不 包 含 ： 进 程 阻 塞   I O 、 调 度 排 队 ， 这 些 非 c p u   运 行 时 间 。 案 例 中   f i n d   执 行 查 找 文 件 过 程 中 ， 会 有 磁 盘   I O   读 取 ， 这 时   c p u   会 被 释 放 出 来 干 别 的 事 情 ， 这 些   I O   消 耗 的 时 间 ， 是 不 包 含 在   u s e r   和   s y s   统 计 数 据 中 ， 所 以 就 出 现 了   r e a l   时 间 大 于   u s e r   +   s y s   了 。 再 通 过 一 个 示 例 来 验 证 并 加 强 我 们 的 理 解 可 以 清 楚 地 看 到 ， s l e e p   命 令 基 本 上 没 有 消 耗   c p u ， 程 序 真 实 的 运 行 时 间 就 是   2   秒 那 我 们 是 不 是 可 以 得 出 如 下 结 论 了 呢 : 其 实 这 个 结 论 在 单 个   c p u   情 况 下 ， 是 正 确 的 。 如 果 服 务 器 是 多 个   c p u ， 你 的 程 序 正 好 可 以 将 多 个   c p u   充 分 利 用 起 来 ， 程 序 运 行 期 间 是 多 核 心 并 行 的 ， 那 么   u s e r   +   s y s   统 计 的   c p u   时 间 可 能 就 会 大 于   r e a l   时 间 啦 所 以 这   3   个 时 间 之 间 的 关 系 并 不 是 恒 定 的 ， 你 需 要 清 楚 的 了 解 服 务 器 是 否 为 多 个 核 心 。 通 过 统 计 到 的   c p u   消 耗 时 间 ， 我 们 也 可 以 大 概 知 道 ， 程 序 运 行 期 间   c p u   利 用 情 况 。 对 于 单 核 ， 计 算 密 集 型 的 程 序 ， r e a l   会 很 接 近   u s e r   和   s y s   时 间 之 和 的 。 T i p s ： 有 些 同 学 可 能 对 操 作 系 统 可 能 不 太 熟 悉 ， 这 里 简 单 科 普 下 内 核 态 内 核 态 和 用 户 态 用 户 态 的 基 本 概 念 L i n u x   为 使 系 统 更 稳 定 ， 采 取 了 隔 离 保 护 的 措 施 ， 运 行 状 态 分 为 内 核 态 和 用 户 态 ： 用 户 态 ： 用 户 代 码 不 具 备 直 接 访 问 底 层 资 源 的 能 力 ， 需 要 借 助 内 核 提 供 的 系 统 调 用   A P I 。 在 这 种 隔 离 保 护 下 ， 即 使 用 户 程 序 崩 溃 ， 也 不 会 影 响 整 个 系 统 的 功 能 。 内 核 态 ： 内 核 代 码 具 备 最 大 权 限 ， 可 执 行 任 意   c p u   指 令 ， 不 受 任 何 限 制 。 内 核 态 通 常 是 操 作 系 统 提 供 的 最 底 层 、 最 可 靠 的 代 码 运 行 的 ， 内 核 态 的 代 码 崩 溃 是 灾 难 性 的 ， 影 响 整 个 系 统 的 正 常 运 行 。 2   你 运 行 的 可 能 是 假 你 运 行 的 可 能 是 假 t i m e   还 有 其 它 功 能 吗 ？ 看 一 下 帮 助 文 档 吧 r o o t @ c h o p i n : ~ $   t i m e   s l e e p   2 r e a l       0 m 2 . 0 0 1 s u s e r       0 m 0 . 0 0 0 s s y s         0 m 0 . 0 0 0 s r e a l   > =   u s e r   +   s y s t i m e
竟 然 报 错 ， 将     当 成 了 命 令 来 执 行 了 ， 难 道     就 这 么 点 能 耐 吗 ？ 好 吧 ， 我 也 不 卖 关 子 了 ， 直 接 说 答 案 ： 你 运 行 的 可 能 是 假 你 运 行 的 可 能 是 假 t i m e 。 你 可 能 有 点 懵 逼 ， 怎 么 就 假 的 了 。 其 实 在   L i n u x   系 统 上 ， 使 用     时 ， 你 可 能 会 遇 到 三 种 版 本 ： 我 们 当 前   S h e l l   是   B a s h ， 可 以 通 过   t y p e   命 令 可 以 看 到 ， 我 们 刚 才 执 行 的     是   S h e l l   的 内 置 命 令 ， 如 果 你 用 的 是   z s h ， 默 认 使 用 的     也 是 对 应 内 置 命 令 。 G N U   t i m e   命 令 路 径 是   / u s r / b i n / t i m e ， 一 般 的   L i n u x   发 行 版 都 带 有 这 个 命 令 ， 它 才 是 我 们 今 天 的 猪 脚 。 3   更 强 大 的 功 能 更 强 大 的 功 能 G N U   t i m e   命 令 提 供 了 更 强 大 的 功 能 ： r o o t @ c h o p i n : ~ $   t i m e   - - h e l p - - h e l p :   c o m m a n d   n o t   f o u n d r e a l   0 m 0 . 1 2 9 s u s e r   0 m 0 . 0 8 4 s s y s   0 m 0 . 0 3 6 s - - h e l p t i m e t i m e #   1 .   B a s h t i m e   i s   a   s h e l l   k e y w o r d #   2 .   Z s h t i m e   i s   a   r e s e r v e d   w o r d #   3 .   G N U   t i m e t i m e   i s   / u s r / b i n / t i m e r o o t @ c h o p i n : ~ $   t y p e   t i m e t i m e   i s   a   s h e l l   k e y w o r d t i m e t i m e
更 详 细 的 统 计 信 息 更 丰 富 的 格 式 输 出 支 持 保 存 统 计 数 据 到 文 件 下 边 我 们 来 学 习 写   G N U   t i m e   的 使 用 1 .   最 简 单 的 用 法 使 用   G N U   t i m e   命 令 ， 直 接 使 用 绝 对 路 径 即 可 ， 我 们 可 以 看 到 输 出 信 息 更 多 了 ， 不 过 格 式 有 点 丑 ， 后 边 会 讲 如 何 自 定 义 格 式 。 2 .   保 持 内 置     的 输 出 样 式 有 同 学 会 问 ， 能 输 出 内 置   S h e l l   那 种 的 格 式 么 ？ 可 以 的 ， 使 用     选 项 即 可 3 .   输 出 更 详 细 的 信 息 还 可 以 输 出 更 加 详 细 的 信 息 ， 让 你 对 程 序 运 行 信 息 一 目 了 然 。 请 使 用     选 项 r o o t @ c h o p i n : ~ $   / u s r / b i n / t i m e   s l e e p   2 0 . 0 0 u s e r   0 . 0 0 s y s t e m   0 : 0 2 . 0 0 e l a p s e d   0 % C P U   ( 0 a v g t e x t + 0 a v g d a t a   1 7 8 4 m a x r e s i d e n t ) k 0 i n p u t s + 0 o u t p u t s   ( 0 m a j o r + 7 2 m i n o r ) p a g e f a u l t s   0 s w a p s t i m e - p r o o t @ c h o p i n : ~ $   / u s r / b i n / t i m e   - p   s l e e p   2 r e a l   2 . 0 0 u s e r   0 . 0 0 s y s     0 . 0 0 - v
这 里 详 细 介 绍 下     命 令 输 出 各 项 指 标 （ 一 ） 时 间 相 关 （ 一 ） 时 间 相 关 （ 二 ） 内 存 相 关 （ 二 ） 内 存 相 关 r o o t @ c h o p i n : ~ $   / u s r / b i n / t i m e   - v   s l e e p   2 C o m m a n d   b e i n g   t i m e d :   " s l e e p   2 " U s e r   t i m e   ( s e c o n d s ) :   0 . 0 0 S y s t e m   t i m e   ( s e c o n d s ) :   0 . 0 0 P e r c e n t   o f   C P U   t h i s   j o b   g o t :   0 % E l a p s e d   ( w a l l   c l o c k )   t i m e   ( h : m m : s s   o r   m : s s ) :   0 : 0 2 . 0 0 A v e r a g e   s h a r e d   t e x t   s i z e   ( k b y t e s ) :   0 A v e r a g e   u n s h a r e d   d a t a   s i z e   ( k b y t e s ) :   0 A v e r a g e   s t a c k   s i z e   ( k b y t e s ) :   0 A v e r a g e   t o t a l   s i z e   ( k b y t e s ) :   0 M a x i m u m   r e s i d e n t   s e t   s i z e   ( k b y t e s ) :   1 8 0 4 A v e r a g e   r e s i d e n t   s e t   s i z e   ( k b y t e s ) :   0 M a j o r   ( r e q u i r i n g   I / O )   p a g e   f a u l t s :   0 M i n o r   ( r e c l a i m i n g   a   f r a m e )   p a g e   f a u l t s :   7 1 V o l u n t a r y   c o n t e x t   s w i t c h e s :   1 I n v o l u n t a r y   c o n t e x t   s w i t c h e s :   1 S w a p s :   0 F i l e   s y s t e m   i n p u t s :   0 F i l e   s y s t e m   o u t p u t s :   0 S o c k e t   m e s s a g e s   s e n t :   0 S o c k e t   m e s s a g e s   r e c e i v e d :   0 S i g n a l s   d e l i v e r e d :   0 P a g e   s i z e   ( b y t e s ) :   4 0 9 6 E x i t   s t a t u s :   0 t i m e
（ 三 ） （ 三 ） I O   相 关 相 关 4 .   统 计 信 息 输 出 到 文 件 如 果 你 希 望 将     统 计 的 信 息 输 出 到 文 件 ， 可 以 使 用     选 项 统 计 信 息 直 接 保 存 到 了   a . t x t ， 如 果 你 希 望 统 计 信 息 能 够 追 加 到 文 件 ， 可 以 额 外 加   t i m e - o r o o t @ c h o p i n : ~ $   / u s r / b i n / t i m e   - v   - o   a . t x t   s l e e p   2 - a
  选 项 5 .   自 定 义 格 式 输 出 如 果 命 令 中 内 置 的 输 出 格 式 ， 不 符 合 你 的 需 求 ， G N U   t i m e   可 以 支 持 自 定 义 输 出 格 式 ， 通 过 选 项     可 以 各 种 指 标 参 数 具 体 支 持 的 格 式 ， 贴 心 的 肖 邦 已 经 帮 你 整 理 好 了 - a - f / u s r / b i n / t i m e   - f   " r e a l   % e n u s e r   % U n s y s   % S n "   s l e e p   1 r e a l   1 . 0 0 u s e r   0 . 0 0 s y s     0 . 0 0
这 些 格 式 参 数 太 多 了 ， 平 时 大 部 分 情 况 用 不 到 ， 可 以 收 藏 起 来 ， 以 便 后 期 使 用 时 可 以 快 速 参 考 。 4   在 性 能 分 析 中 的 作 用 在 性 能 分 析 中 的 作 用 看 到 这 么 多 系 统 参 数 指 标 ， 难 免 会 有 同 学 会 感 到 疑 惑 ， 这 些 参 数 能 干 什 么 呀 ？ 其 实 这 些 指 标 ， 对 应 到 操 作 系 统   c p u 、 内 存 、 I O   这 几 方 面 。 深 刻 的 理 解 了 这 些 指 标 参 数 ， 可 以 帮 助 你 从 本 质 上 把 握 程 序 的 运 行 情 况 ， 甚 至 可 以 协 助 你 分 析 程 序 的 性 能 瓶 颈 。 下 边 我 简 单 解 释 几 个 概 念 ， 希 望 能 起 到 抛 砖 引 玉 的 作 用 。
（ 一 ） （ 一 ） C P U   时 间 时 间 c p u   时 间 包 括 ： r e a l 、 u s e r 、 s y s ， 当   u s e r   +   s y s   > =   r e a l   时 ， 说 明 该 程 序 是 计 算 密 集 型 ； 当   u s e r   +   s y s   远 小 于   r e a l   时 ， 说 明 存 在 较 多 的   I O   等 待 。 （ 二 ） 上 下 文 切 换 （ 二 ） 上 下 文 切 换 平 时 所 说 的 上 下 文 ， 是 指 进 程 的 运 行 环 境 ， 包 括 当 时 的 寄 存 器 值 、 内 存 堆 栈 等 信 息 ， 内 核 可 以 根 据 上 下 文 完 全 恢 复 一 个 被 打 断 的 进 程 任 务 。 当 执 行 系 统 调 用 、 进 程 切 换 时 ， 都 会 产 生 上 下 文 切 换 。 切 换 上 下 文 时 ， 操 作 系 统 需 要 为 进 程 保 存 和 恢 复 上 下 文 信 息 。 上 下 文 切 换 分 为 主 动 和 被 动 两 种 ， 主 动 上 下 文 切 换 多 ， 说 明 存 在 较 多 的 阻 塞 调 用 ； 被 动 上 下 文 切 换 说 明   c p u   使 用 率 高 。 当 上 下 文 切 换 过 多 时 ， 意 味 着 较 多 的   c p u   时 间 花 费 在 上 下 文 切 换 上 ， 导 致   c p u   处 理 进 程 任 务 的 有 效 时 间 大 大 减 少 。 （ 三 ） 缺 页 异 常 （ 三 ） 缺 页 异 常 次 缺 页 异 常 较 多 ， 说 明 程 序 的 内 存 布 局 相 对 合 理 ， 命 中 率 高 ； 当 主 缺 页 异 常 较 多 时 ， 说 明 程 序 对 内 存 的 访 问 跳 跃 性 大 ， 命 中 率 低 。 处 理 缺 页 异 常 和 切 换 上 下 文 的 时 间 ， 不 包 含 在   u s e r   和   s y s   中 ， 当 发 现   u s e r   +   s y s   远 小 于   r e a l   时 ， 则 很 可 能 大 部 分 时 间 都 消 耗 在 这 些 地 方 ， 需 要 重 点 分 析 这 两 点 。 - - -   E O F   - - - 推 荐 推 荐 ↓ ↓ ↓
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