getrusage(RUSAGE_THREAD, &r_usage)中的用户CPU时间和系统CPU时间具体是指什么？

Question

所以我想知道当前线程到目前为止执行的时间。我正在尝试使用 getrusage(RUSAGE_THREAD, &r_usage); 。这是我的困惑：

1- 由该函数 return 计算的时间是否包括线程被阻塞（例如，在条件变量上）或调度的时间？

2-线程因其他原因被阻塞的时间如何，例如已屏蔽 I/O?

3- 我可以提高时间精度，使 getrusage(RUSAGE_THREAD, &r_usage); 到 return 纳秒吗？

非常感谢！

Answer 1

似乎很难相信阻塞时间（无论出于何种原因）会计入执行时间——但如果确实如此，让我们做一个快速实验来了解一下：

#include <unistd.h>
#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>
#include <iostream>
#include <iomanip>

std::ostream &operator<<(std::ostream &os, timeval const &t) {
    return os << t.tv_sec << '.' << std::setw(6) << std::setfill('0') << t.tv_usec << std::setfill(' ');
}

int main() {
    rusage r;

    getrusage(RUSAGE_THREAD, &r);
    std::cout << r.ru_utime << " [" << r.ru_stime << "]\n";
    sleep(10);
    getrusage(RUSAGE_THREAD, &r);
    std::cout << r.ru_utime << " [" << r.ru_stime << "]\n";
}

结果：

0.000000 [0.000000]
0.000000 [0.000000]

所以，睡觉的时间是不收费的。我们可以用互斥体做类似的测试：

#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <thread>
#include <mutex>

using namespace std::literals;

std::ostream &operator<<(std::ostream &os, timeval const &t) {
    return os << t.tv_sec << '.' << std::setw(6) << std::setfill('0') << t.tv_usec << std::setfill(' ');
}

int main() {
    rusage r;

    getrusage(RUSAGE_THREAD, &r);
    std::cout << r.ru_utime << " [" << r.ru_stime << "]\n" << std::flush;

    std::mutex m;
    m.try_lock();   // ensure mutex is locked

    // create thread to unlock mutex after 5 seconds:
    auto t = std::thread([&]{ std::this_thread::sleep_for(5s); m.unlock(); });

    // wait for mutex to be unlocked
    m.lock();

    // re-check resource usage
    getrusage(RUSAGE_THREAD, &r);
    std::cout << r.ru_utime << " [" << r.ru_stime << "]\n";
    t.join();
}

这给出了相似的结果。我没有费心为条件变量重复它，但我很惊讶地看到它的不同结果（condvar 总是与互斥体相关联，它是你真正等待的互斥体）。

尝试测试每一种可能的 I/O 不太实际，但过去的经验表明它也是如此：阻塞等待 I/O 的时间不被视为执行时间。

就精度而言，我想你可以理论上将精度提高到纳秒级，但这需要重写内核，而不仅仅是拨动开关或调用不同的功能。实际上，即使那样，您是否能够获得 much 更准确，还有很多问题。如果您需要纳秒级精度，这可能不是适合这项工作的工具。

Answer 2

不，一般来说阻塞时间不会分配给用户或内核CPU时间（这是usage衡量的）。 rusage 计时器基本上是一个 "wall clock timer"，由 OS 启动和停止：当进程被调度时，它会记录时间，当它被取消调度时，它会停止它（类似于user/kernel 在 entry/exit 上拆分为内核例程）。所有这些段的总和是 CPU 时间。

在某些情况下，例如 IO，内核可能正在做真正的工作，而不是等待，并且可能分配给您的进程。

如果您想要 CPU 时间 更高的价值，您应该查看性能计数器。在 Linux 上，您可以使用 perf_events 系统以虚拟化方式访问这些计数器，或者使用像 PAPI 这样的库来包装对该子系统的访问，或者最容易上手的是使用像 libpfc 这样的轻量级的东西，它提供了直接的计数器访问。

你还问：

Moreover, how can I include the time spent on I/O?

这是一个棘手的问题，因为现代系统上 IO 的异步和缓存特性。很难准确确定花费的时间以及如何分配它（例如，如果一个进程将一页从磁盘带入缓存，但随后有 10 个其他进程访问它，您如何分配 IO 时间）？一种想法是查看 /proc/pid/ 计数器和可能具有 blocking-on-IO 指示符的状态条目。事实上，top 可以显示处于这种状态的进程，因此您可能会从 /proc/$pid 中获取它。请注意，我认为您必须从其他线程对该文件系统进行采样才能使其正常工作。

或者，您可以尝试在应用程序级别检测您的 IO 调用。最后，您可以使用 ptrace 或 Linux 上更新的 FTrace 之类的东西在内核级别检测 IO 调用，并且您可以按进程过滤它。较新的内核显然有 "per-process IO accounting" - 但我无法快速挖掘出一个好的 link。 iotop 的来源可能有您需要的电话。

最后，这完全取决于您所说的当前线程到目前为止已经执行的时间的意思：如果您想包括 IO，也许您只需要 wall-clock线程启动后的时间？然后你可以使用 clock_gettime 和朋友，它们提供纳秒分辨率（名义上，但调用本身至少需要十几纳秒，所以你不会准确地测量需要 1 或 2 纳秒的东西）。

getrusage(RUSAGE_THREAD, &r_usage)中的用户CPU时间和系统CPU时间具体是指什么？

What do the user CPU time and system CPU time in getrusage(RUSAGE_THREAD, &r_usage) measure excactly?

c

linux

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getrusage