说明:喜欢写小程序的人都特别注重自己程序的执行效率,那么在Linux上,就有一个time的命令,用于测量命令的运行时间,还可以测量内存、I/O等的使用情况。
一个程序在运行时使用的系统资源通常包括CPU、内存和I/O等;
CPU资源的统计包括实际使用时间(real time)、用户态使用时间(the process spent in user mode)、内核态使用时间(the process spent in kernel mode)。
(关于用户态和内核态的理解,文章后面有解释)
但是简单的使用time命令并不能得到内存和I/O的统计数据。
常用方法(1)
time命令跟上-p参数可以只打印时间数值(秒数),不打印单位。
解释(1):real远大于user加上sys,因为find需要遍历各个目录,需要大量的I/O操作,而磁盘I/O通常是最慢的环节,因此大部分时间find进程都在等待磁盘I/O完成。
解释(2):再次运行的时候,发现real time变得很小了,应该是操作系统将刚才操作过的一些文件缓存了的缘故,因而大大减少了磁盘I/O。使用-p参数时,直接打印所需时间的数值,单位为秒,木有单位感觉怪怪的。
常用方法(2)
有个-f参数可以来指定统计信息的输出格式;
使用type -a来看一下。使用这个shell内建命令经常会有意想不到的发现。
解释:发现我们常用的time其实是一个Shell关键字,还有一个外部命令/usr/bin/time,它有何不同呢?
注:外部命令/usr/bin/time功能更强大,下面来尝试一下。
注:注意后面两行,打印了很多信息,但看不太清楚。它有一个参数-v,可以打印得更清楚些。
常用方法(3) 解决time命令输出信息的重定向问题
time命令的输出信息是打印在标准错误输出上的, 我们通过一个简单的尝试来验证一下。
通过上面的尝试,我们发现,因为time是shell的关键字,shell做了特殊处理,它会把time命令后面的命令行作为一个整体来进行处理,在重定向时,实际上是针对后面的命令来的,time命令本身的输出并不会被重定向的。
解决方法(1):
将time命令和将要执行的命令行放到一个shell代码块中,也就是一对大括号中,要注意空格和分号的使用。
第一种方式的尝试成功了,总结起来就是 { time command-line; } 2>file 注意分隔符的使用。
解决方法(2):
是使用子Shell的方式,如下所示:
第二种方式的尝试也成功了,总结起来就是 (time command-line) 2>file 这里time紧贴着小括号(也可以的,命令行结束也不必带分号。
当然最好还是用第一种方式,毕竟启动一个子shell是要多占些资源的。
小结下:在linux中存在两个time,
一个是bash的命令,另外一个是程序/usr/bin/time;
bash的time命令只能很简单的显示程序执行的时间,而/usr/bin/time程序可以显示很详细的与IO相关的数据,
比如从内存中读取了多少数据,从磁盘中读取了多少数据之类的,以及文件系统的页大小。
关于time中的三态的补充讲解:
核心态(Kernel Mode):
在内核态,代码拥有完全的,不受任何限制的访问底层硬件的能力。可以执行任意的CPU指令,访问任意的内存地址。内核态通常情况下,都是为那些最底层的,由操作系统提供的,可信可靠的代码来运行的。内核态的代码崩溃将是灾难性的,它会影响到整个系统。
用户态(User Mode):
在用户态,代码不具备直接访问硬件或者访问内存的能力,而必须借助操作系统提供的可靠的,底层的APIs来访问硬件或者内存。由于这种隔离带来的保护作用,用户态的代码崩溃(Crash),系统是可以恢复的。我们大多数的代码都是运行在用户态的。
我们来看看这三个的关系,这三者之间没有严格的关系,常见的误区有:
误区一: real_time = user_time + sys_time
我们错误的理解为,real time 就等于 user time + sys time,这是不对的,real time是时钟走过的时间,user time 是程序在用户态的cpu时间,sys time 为程序在核心态的cpu时间。
利用这三者,我们可以计算程序运行期间的cpu利用率如下:
%cpu_usage = (user_time + sys_time)/real_time * 100%
cpu利用率为0,因为本身就是这样的,sleep 了2秒,时钟走过了2秒,但是cpu时间都为0,所以利用率为0
误区二:real_time > user_time + sys_time
一般来说,上面是成立的,上面的情况在单cpu的情况下,往往都是对的。
但是在多核cpu情况下,而且代码写的确实很漂亮,能把多核cpu都利用起来,那么这时候上面的关系就不成立了。