测量程序运行时间

由于之前运行fxmark时遇到rdtscp，之前只用过gettimeofday,故学习一下程序测量时间

参考：https://yq.aliyun.com/articles/15114，https://www.cnblogs.com/kosmanthus/articles/1423466.html

小结：

1. 精度排序：rdtsc > clock_gettime(ns) > gettimeofday(us) > time(m)
2. clock_gettime和gettimeofday实现细节有待考证
3. 程序采用缓冲区的原因？
4. RTC：实时钟，主板电池提供； jiffies：内核启动的节拍数，与计时中断请求(IRQ)有关；rdtsc：CPU计时器

计时	优点	缺点
time	准确性不依赖于负载	不精确
rdtscp	精确	硬件支持，需汇编嵌入，且不知道对多核CPU核心每个TSC寄存器是否同步
gettimeofday	次精确，usec	usec不精确
clock_gettime	次精确，nsec	不知道是否精确

学习笔记

进程调度时间花费 = 计时器中断处理时间（选择是否切换进程）+ 进程切换时间 + 进程执行时间（包括内核模式和用户模式，这2种模式间的切换也耗时）

程序采用缓冲区的原因：模式切换非常耗时，这是程序采用缓冲区的原因，例如，如果每读一小段文件什么的就要调用一次 read之类的内核函数，那太受影响了。所以，为了尽量减少系统调用，或者说，减少模式切换的次数，我们向程序（特别是IO程序）中引入缓冲区概念，来缓解这个问题。

1. time (间隔计数)

原理：操作系统本身就是用计时器来记录每个进程使用的累计时间，原理很简单， 计时器中断发生时，操作系统会在当前进程列表中寻找哪个进程是活动的，一旦发现，哟，进程A跑得正欢，立马就给进程A的计数值增加计时器的时间间隔（这也是 引起较大误差的原因，想想）。当然不是统一增加的，还要确定这个进程是在用户空间活动还是在内核空间活动，如果是用户模式，就增加用户时间，如果是内核模 式，就增加系统时间。

缺点：不精确，尤其是对运行时间短的进程；times不能监视正在进行中的子进程时间

优点：准确性不依赖于系统负载。

2种使用方式：

1. linux命令行命令： time ./test
2. 使用tms结构体和times函数

clock_t times( struct tms *buf )

这个tms的结构体为

struct tms
{
    clock_t tms_utime;       // user time
    clock_t tms_stime;       // system time
    clock_t tms_cutime;     // user time of reaped children
    clock_t tms_cstime;     // system time of reaped children
}

2. rdtsc (周期计数)

在处理器中包含的时钟周期级别的计时器，是一个特殊的寄存器

优点：精确

缺点：hadware dependent，需使用汇编嵌入; 不知道是哪个进程使用了这些周期，不知道是内核还是在用户模式

这个计时器的反对说法还有：

• 从Pentium Pro开始引入的CPU乱序执行使得指令重排序会影响
• CPU的频率可能会变化，比如节能模式。
• 无法保证每个CPU核心的TSC寄存器是同步的

重排序这个好说，使用cpuid指令保序就行，如果CPU比较新的话直接用rdtscp指令就好，这个已经是保序的指令了。至于频率变化问题，如果是较新的CPU，可以在/proc/cpuinfo文件里看看，如果tsc相关的特性有__constant_tsc和nonstop_tsc__存在，就不用担心这个了。前者Constant TSC means that the TSC does not change with CPU frequency changes, however it does change on C state transitions，后者The Non-stop TSC has the properties of both Constant and Invariant TSC。不过，多个CPU之间的不同步这里并没有解决。有意思的是，前面的gettimeofday(2)在返回时对xtime和jiffies进行修正时，也有使用TSC寄存器的值。

void counter( unsigned *hi, unsigned *lo )
{
asm("rdtsc; movl %%edx,%0; movl %%eax, %1"
        : "=r" (*hi), "=r" (*lo)
        :
        : "%edx", "%eax");
}
//第一行的指令负责读取周期计数器，后面的指令表示将其转移到指定地点或寄存器。这样，我们将这段代码封装到函数中，就可以在需要测量的代码前后均加上这个函数即可
double time_cold( void )
{
     p(); //warm-up
     clear_cache(); // 希望指令高速缓存warm-up，而数据高速缓存不能warm-up
     start_counter();
     p();
     get_counter();
}

// 清除数据缓存的函数
计算过程中数据会覆盖高速缓存中原有数据，volatile的tmp保证代码不会被优化
volatile int tmp;
static int dummy[N];      // N是你需要清理缓存的字节数

void clear_cache( void )
{
     inti, sum = 0;
     for( i=1;i<N;i++ )
          dummy[i] = 2;
     for( i=1;i<N;i++ )
          sum += dummy[i];
     tmp = sum;
}

3. gettimeofday函数

精度：虽然结构为usec但其实不精确，与不同系统上具体实现方式有关。
Linux中使用周期计数来实现，精度高；windows NT使用间隔计数，精度低。

但文章1说，函数获得的系统时间是使用墙上时间xtime和jiffies处理得到，墙上时间是由主板电池供电的RTC(实时钟)，jiffies是linux内核启动后的节拍数。这两个来源无法到达us精度.

PS: 运行时的 Linux 内核会周期性地发出计时中断请求（IRQ），每秒钟发出的计时中断请求数称之为节拍率，每次计时中断周期称之为节拍，实际计时中断次数称之为节拍数。

#include <time.h>
原型
struct timeval
{
long tv_sec;
long tv_usec;
}
int gettimeofday( struct timeval *tv, NULL )

使用
gettimeofday(tvstart,NULL)
.....
gettimeofday(tvend,NULL)
计时时间 = tvend - tvstart中的sec域和usec域

4. clock_gettime函数

精度：比gettimeofday()精度高

#include <time.h>

int clock_gettime(clockid_t clk_id, struct timespec *tp);

struct timespec {
    time_t   tv_sec;        /* seconds */
    long     tv_nsec;       /* nanoseconds */
};
clk_id指定获取的时间类型
CLOCK_REALTIME:系统实时时间
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