【转】Linux用户态程序运行时间详解

转自CSDN博客http://www.cnblogs.com/clover-toeic/p/3845210.html

1. 计时方式总结

具体方法可参见上述博客

2. 基本概念

2.1 日历时间

 Coordinated Universal Time(UTC)：世界协调时间(又称世界标准时间)，旧称格林威治标准时间(Greenwich Mean Time, GMT)。 Calendar Time：日历时间，即从一个标准时间点到此时的时间所经过的秒数。该标准时间点因编译器而异，但对编译系统而言标准时间点不变。该编译系统中的时间对应的日历时间都通过该标准时间点衡量，故日历时间是“相对时间”。UNIX/Linux的时间系统由“新纪元时间(Epoch)”开始算起，该起点指定为1970年1月1日凌晨0时0分0秒(格林威治时间)。Microsoft C/C++ 7.0中标准时间点指定为1899年12月31日0时0分0秒，而其它版本的Microsoft C/C++和所有不同版本的Visual C++中标准时间点指定为1970年1月1日0时0分0秒。日历时间与时区无关。  Epoch：时间点。时间点在标准C/C++中是一个整数(time_t)，它用此刻的时间和标准时间点相差的秒数(即日历时间)来表示。目前大部分UNIX系统采用32位记录时间，正值表示为1970年以后，负值则表示1970年以前。可简单地估算出所能表达的时间范围：1970±((231-1)/3600/24/365)≈[1901,2038]年。为表示更久远的时间，某些编译器厂商引入64位甚至更长的整型数来保存日历时间。

2.2 进程时间

进程时间也称CPU时间，用以度量进程使用的中央处理器资源。进程时间以时钟滴嗒计算，通常使用三个进程时间值，即实际时间(Real)、用户CPU时间(User)和系统CPU时间(Sys)。
实际时间指实际流逝的时间；用户时间和系统时间指特定进程使用的CPU时间。具体区别如下：
Real是从进程开始执行到完成所经历的挂钟(wall clock)时间，包括其他进程使用的时间片(time slice)和本进程耗费在阻塞(如等待I/O操作完成)上的时间。该时间对应秒表(stopwatch)直接测量。
User是进程执行用户态代码(内核外)耗费的CPU时间，仅统计该进程执行时实际使用的CPU时间，而不计入其他进程使用的时间片和本进程阻塞的时间。
Sys是该进程在内核态运行所耗费的CPU时间，即内核执行系统调用所使用的CPU时间。
CPU总时间(User+Sys)是CPU执行用户进程操作和内核(代表用户进程执行)系统调用所耗时间的总和，即该进程(包括其线程和子进程)所使用的实际CPU时间。若程序循环遍历数组，则增加用户CPU时间；若程序执行exec或fork等系统调用，则增加系统CPU时间。
在多核处理器机器上，若进程含有多个线程或通过fork调用创建子进程，则实际时间可能小于CPU总时间——因为不同线程或进程可并行执行，但其时间会计入主进程的CPU总时间。若程序在某段时间处于等待状态而并未执行，则实际时间可能大于CPU总时间。其数值关系总结如下：
Real < CPU，表明进程为计算密集型(CPU bound)，利用多核处理器的并行执行优势；
Real ≈ CPU，表明进程为计算密集型(CPU bound)，未并行执行；
Real > CPU，表明进程为I/O密集型(I/O bound)，多核并行执行优势并不明显。

在单核处理器上，Real时间和CPU时间之差，即Real- (User + Sys)是所有延迟程序执行的因素的总和。可估算程序运行期间的CPU利用率为CpuUsage = (User + Sys)/ Real * 100(%)。

在SMP(对称多处理系统)上，该差值近似为Real* ProcessorNum - (User + Sys)。这些因素包括：
调入程序文本和数据的I/O操作；
获取程序实际使用内存的I/O操作；
由其它程序消耗的CPU用时；
由操作系统消耗的CPU用时。