clock()、time()、clock_gettime()和gettimeofday()函数的用法和区别【转】

系统管理员 2022-03-30 06:39 171阅读 0赞

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转自http://blog.sina.com.cn/s/blog\_790f5ae10100rwd3.html

**一)ANSI clock函数**

1)概述:  
clock 函数的返回值类型是clock\_t,它除以CLOCKS\_PER\_SEC来得出时间,一般用两次clock函数来计算进程自身运行的时间.

ANSI clock有三个问题:  
1)如果超过一个小时,将要导致溢出.  
2)函数clock没有考虑CPU被子进程使用的情况.  
3)也不能区分用户空间和内核空间.

所以clock函数在linux系统上变得没有意义.

2)测试  
编写test1.c程序,测试采用clock函数的输出与time程序的区别.

vi test1.c  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <time.h>

int main( void )  
\{  
long i=1000L;  
clock\_t start, finish;  
double duration;  
printf( "Time to do %ld empty loops is ", i );  
start = clock();  
while (--i)\{  
system("cd");  
\}  
finish = clock();  
duration = (double)(finish - start) / CLOCKS\_PER\_SEC;  
printf( "%f seconds\\n", duration );  
return 0;  
\}

gcc test1.c -o test1

time ./test1  
Time to do 1000 empty loops is 0.180000 seconds

real 0m3.492s  
user 0m0.512s  
sys 0m2.972s

3)总结:  
(1)程序调用 system("cd");，这里主要是系统模式子进程的消耗,test1程序不能体现这一点.  
(2)0.180000 seconds秒的消耗是两次clock()函数调用除以CLOCKS\_PER\_SEC.  
(3)clock()函数返回值是一个相对时间，而不是绝对时间.  
(4)CLOCKS\_PER\_SEC是系统定义的宏，由GNU标准库定义为1000000.

**二)times()时间函数**

1)概述:

原型如下：  
clock\_t times(struct tms \*buf);

tms结构体如下:  
strace tms\{  
clock\_t tms\_utime;  
clock\_t tms\_stime;  
clock\_t tms\_cutime;  
clock\_t tms\_cstime;  
\}

注释:  
tms\_utime记录的是进程执行用户代码的时间.  
tms\_stime记录的是进程执行内核代码的时间.  
tms\_cutime记录的是子进程执行用户代码的时间.  
tms\_cstime记录的是子进程执行内核代码的时间.

2)测试:

vi test2.c  
\#include <sys/times.h>  
\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <sys/types.h>  
\#include <unistd.h>

static void do\_cmd(char \*);  
static void pr\_times(clock\_t, struct tms \*, struct tms \*);

int main(int argc, char \*argv\[\])\{  
int i;  
for(i=1; argv\[i\]!=NULL; i++)\{  
do\_cmd(argv\[i\]);  
\}  
exit(1);  
\}  
static void do\_cmd(char \*cmd)\{  
struct tms tmsstart, tmsend;  
clock\_t start, end;  
int status;  
if((start=times(&tmsstart))== -1)  
puts("times error");  
if((status=system(cmd))<0)  
puts("system error");  
if((end=times(&tmsend))== -1)  
puts("times error");  
pr\_times(end-start, &tmsstart, &tmsend);  
exit(0);  
\}  
static void pr\_times(clock\_t real, struct tms \*tmsstart, struct tms \*tmsend)\{  
static long clktck=0;  
if(0 == clktck)  
if((clktck=sysconf(\_SC\_CLK\_TCK))<0)  
puts("sysconf err");  
printf("real:%7.2f\\n", real/(double)clktck);  
printf("user-cpu:%7.2f\\n", (tmsend->tms\_utime - tmsstart->tms\_utime)/(double)clktck);  
printf("system-cpu:%7.2f\\n", (tmsend->tms\_stime - tmsstart->tms\_stime)/(double)clktck);  
printf("child-user-cpu:%7.2f\\n", (tmsend->tms\_cutime - tmsstart->tms\_cutime)/(double)clktck);  
printf("child-system-cpu:%7.2f\\n", (tmsend->tms\_cstime - tmsstart->tms\_cstime)/(double)clktck);  
\}

编译:  
gcc test2.c -o test2

测试这个程序:  
time ./test2 "dd if=/dev/zero f=/dev/null bs=1M count=10000"  
10000+0 records in  
10000+0 records out  
10485760000 bytes (10 GB) copied, 4.93028 s, 2.1 GB/s  
real: 4.94  
user-cpu: 0.00  
system-cpu: 0.00  
child-user-cpu: 0.01  
child-system-cpu: 4.82

real 0m4.943s  
user 0m0.016s  
sys 0m4.828s

3)总结:  
(1)通过这个测试,系统的time程序与test2程序输出基本一致了.  
(2)(double)clktck是通过clktck=sysconf(\_SC\_CLK\_TCK)来取的,也就是要得到user-cpu所占用的时间,就要用  
(tmsend->tms\_utime - tmsstart->tms\_utime)/(double)clktck);  
(3)clock\_t times(struct tms \*buf);返回值是过去一段时间内时钟嘀嗒的次数.  
(4)times()函数返回值也是一个相对时间.

**三)实时函数clock\_gettime**

在POSIX1003.1中增添了这个函数,它的原型如下：  
int clock\_gettime(clockid\_t clk\_id, struct timespec \*tp);

它有以下的特点:  
1)它也有一个时间结构体:timespec ,timespec计算时间次数的单位是十亿分之一秒.  
strace timespec\{  
time\_t tv\_sec;  
long tv\_nsec;  
\}

2)clockid\_t是确定哪个时钟类型.

CLOCK\_REALTIME: 标准POSIX实时时钟  
CLOCK\_MONOTONIC: POSIX时钟,以恒定速率运行;不会复位和调整,它的取值和CLOCK\_REALTIME是一样的.  
CLOCK\_PROCESS\_CPUTIME\_ID和CLOCK\_THREAD\_CPUTIME\_ID是CPU中的硬件计时器中实现的.

3)测试:  
\#include<time.h>  
\#include<stdio.h>  
\#include<stdlib.h>

\#define MILLION 1000000

int main(void)  
\{  
long int loop = 1000;  
struct timespec tpstart;  
struct timespec tpend;  
long timedif;

clock\_gettime(CLOCK\_MONOTONIC, &tpstart);

while (--loop)\{  
system("cd");  
\}

clock\_gettime(CLOCK\_MONOTONIC, &tpend);  
timedif = MILLION\*(tpend.tv\_sec-tpstart.tv\_sec)+(tpend.tv\_nsec-tpstart.tv\_nsec)/1000;  
fprintf(stdout, "it took %ld microseconds\\n", timedif);

return 0;  
\}

编译:  
gcc test3.c -lrt -o test3

计算时间:  
time ./test3  
it took 3463843 microseconds

real 0m3.467s  
user 0m0.512s  
sys 0m2.936s

**四)时间函数gettimeofday()**

1)概述:  
gettimeofday()可以获得当前系统的时间,是一个绝对值

原型如下：  
int gettimeofday ( struct timeval \* tv , struct timezone \* tz )

timeval结型体的原型如下:  
struct timeval \{  
time\_t tv\_sec;  
suseconds\_t tv\_usec;  
\};

所以它可以精确到微秒

测试:  
\#include <sys/time.h>  
\#include <stdio.h>  
\#include <unistd.h>  
int  
main()\{  
int i=10000000;  
struct timeval tvs,tve;  
gettimeofday(&tvs,NULL);  
while (--i);  
gettimeofday(&tve,NULL);  
double span = tve.tv\_sec-tvs.tv\_sec + (tve.tv\_usec-tvs.tv\_usec)/1000000.0;  
printf("time: %.12f\\n",span);  
return 0;  
\}

gcc test5.c  
./a.out  
time: 0.041239000000

**五)四种时间函数的比较**

1)精确度比较:

以下是各种精确度的类型转换:  
1秒=1000毫秒(ms), 1毫秒=1/1000秒(s)；  
1秒=1000000 微秒(μs), 1微秒=1/1000000秒(s)；  
1秒=1000000000 纳秒(ns),1纳秒=1/1000000000秒(s)；

2)  
clock()函数的精确度是10毫秒(ms)  
times()函数的精确度是10毫秒(ms)  
gettimofday()函数的精确度是微秒(μs)  
clock\_gettime()函数的计量单位为十亿分之一，也就是纳秒(ns)

3)测试4种函数的精确度:

vi test4.c

\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <time.h>  
\#include <sys/times.h>  
\#include <sys/time.h>  
\#define WAIT for(i=0;i<298765432;i++);  
\#define MILLION 1000000  
int  
main ( int argc, char \*argv\[\] )  
\{  
int i;  
long ttt;  
clock\_t s,e;  
struct tms aaa;

s=clock();  
WAIT;  
e=clock();  
printf("clock time : %.12f\\n",(e-s)/(double)CLOCKS\_PER\_SEC);

long tps = sysconf(\_SC\_CLK\_TCK);  
s=times(&aaa);  
WAIT;  
e=times(&aaa);  
printf("times time : %.12f\\n",(e-s)/(double)tps);

struct timeval tvs,tve;  
gettimeofday(&tvs,NULL);  
WAIT;  
gettimeofday(&tve,NULL);  
double span = tve.tv\_sec-tvs.tv\_sec + (tve.tv\_usec-tvs.tv\_usec)/1000000.0;  
printf("gettimeofday time: %.12f\\n",span);

struct timespec tpstart;  
struct timespec tpend;

clock\_gettime(CLOCK\_REALTIME, &tpstart);  
WAIT;  
clock\_gettime(CLOCK\_REALTIME, &tpend);  
double timedif = (tpend.tv\_sec-tpstart.tv\_sec)+(tpend.tv\_nsec-tpstart.tv\_nsec)/1000000000.0;  
printf("clock\_gettime time: %.12f\\n", timedif);

return EXIT\_SUCCESS;  
\}

gcc -lrt test4.c -o test4  
debian:/tmp\# ./test4  
clock time : 1.190000000000  
times time : 1.180000000000  
gettimeofday time: 1.186477000000  
clock\_gettime time: 1.179271718000

**六)内核时钟**

默认的Linux时钟周期是100HZ,而现在最新的内核时钟周期默认为250HZ.  
如何得到内核的时钟周期呢?  
grep ^CONFIG\_HZ /boot/config-2.6.26-1-xen-amd64

CONFIG\_HZ\_250=y  
CONFIG\_HZ=250

结果就是250HZ.

而用sysconf(\_SC\_CLK\_TCK);得到的却是100HZ  
例如:

\#include <stdio.h>  
\#include <stdlib.h>  
\#include <unistd.h>  
\#include <time.h>  
\#include <sys/times.h>  
\#include <sys/time.h>

int  
main ( int argc, char \*argv\[\] )  
\{

long tps = sysconf(\_SC\_CLK\_TCK);  
printf("%ld\\n", tps);  
  
return EXIT\_SUCCESS;  
\}

为什么得到的是不同的值呢？  
因为sysconf(\_SC\_CLK\_TCK)和CONFIG\_HZ所代表的意义是不同的.  
sysconf(\_SC\_CLK\_TCK)是GNU标准库的clock\_t频率.  
它的定义位置在:/usr/include/asm/param.h

例如:  
\#ifndef HZ  
\#define HZ 100  
\#endif

最后总结一下内核时间:  
内核的标准时间是jiffy,一个jiffy就是一个内部时钟周期,而内部时钟周期是由250HZ的频率所产生中的,也就是一个时钟滴答,间隔时间是4毫秒(ms).

也就是说:  
1个jiffy=1个内部时钟周期=250HZ=1个时钟滴答=4毫秒

每经过一个时钟滴答就会调用一次时钟中断处理程序，处理程序用jiffy来累计时钟滴答数,每发生一次时钟中断就增1.  
而每个中断之后,系统通过调度程序跟据时间片选择是否要进程继续运行,或让进程进入就绪状态.

最后需要说明的是每个操作系统的时钟滴答频率都是不一样的,LINUX可以选择(100,250,1000)HZ,而DOS的频率是55HZ.

**七)为应用程序计时**

用time程序可以监视任何命令或脚本占用CPU的情况.

1)bash内置命令time  
例如:  
time sleep 1

real 0m1.016s  
user 0m0.000s  
sys 0m0.004s

2)/usr/bin/time的一般命令行  
例如:  
\\time sleep 1  
0.00user 0.00system 0:01.01elapsed 0%CPU (0avgtext+0avgdata 0maxresident)k  
0inputs+0outputs (1major+176minor)pagefaults 0swaps

注：  
在命令前加上斜杠可以绕过内部命令.  
/usr/bin/time还可以加上-v看到更具体的输出:  
\\time -v sleep 1  
Command being timed: "sleep 1"  
User time (seconds): 0.00  
System time (seconds): 0.00  
Percent of CPU this job got: 0%  
Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:01.00  
Average shared text size (kbytes): 0  
Average unshared data size (kbytes): 0  
Average stack size (kbytes): 0  
Average total size (kbytes): 0  
Maximum resident set size (kbytes): 0  
Average resident set size (kbytes): 0  
Major (requiring I/O) page faults: 0  
Minor (reclaiming a frame) page faults: 178  
Voluntary context switches: 2  
Involuntary context switches: 0  
Swaps: 0  
File system inputs: 0  
File system outputs: 0  
Socket messages sent: 0  
Socket messages received: 0  
Signals delivered: 0  
Page size (bytes): 4096  
Exit status: 0  
  
这里的输出更多来源于结构体rusage.

最后，我们看到real time大于user time和sys time的总和，这说明进程不是在系统调用中阻塞,就是得不到运行的机会.  
而sleep()的运用，也说明了这一点.

[http_www.cnblogs.com_krythur_archive_2013_02_25_2932647.html]: http://www.cnblogs.com/krythur/archive/2013/02/25/2932647.html