Question

我正在用C编写一个小程序，我想测量它的性能。

我想看看它在处理器中运行了多少时间以及它有多少缓存命中+未命中。有关上下文切换和内存使用的信息也很好。

程序执行时间不到一秒。

我喜欢/ proc / [pid] / stat的信息，但我不知道在程序死亡/被杀之后如何看待它。

有什么想法吗？

编辑：我认为Valgrind会增加很多开销。这就是为什么我想要一个简单的工具，比如/ proc / [pid] / stat，它总是在那里。

Answer 1

使用性能：

perf stat ./yourapp

有关详细信息，请参阅kernel wiki perf tutorial。这使用了CPU的硬件性能计数器，因此开销非常小。

来自wiki的示例：

perf stat -B dd if=/dev/zero of=/dev/null count=1000000

Performance counter stats for 'dd if=/dev/zero of=/dev/null count=1000000':

        5,099 cache-misses             #      0.005 M/sec (scaled from 66.58%)
      235,384 cache-references         #      0.246 M/sec (scaled from 66.56%)
    9,281,660 branch-misses            #      3.858 %     (scaled from 33.50%)
  240,609,766 branches                 #    251.559 M/sec (scaled from 33.66%)
1,403,561,257 instructions             #      0.679 IPC   (scaled from 50.23%)
2,066,201,729 cycles                   #   2160.227 M/sec (scaled from 66.67%)
          217 page-faults              #      0.000 M/sec
            3 CPU-migrations           #      0.000 M/sec
           83 context-switches         #      0.000 M/sec
   956.474238 task-clock-msecs         #      0.999 CPUs

   0.957617512  seconds time elapsed

不需要在现代的debian系统（使用linux-base软件包）上手动加载内核模块，它应该可以正常工作。使用'perf record -a'/'perf report'组合，您还可以进行全系统分析。任何具有调试符号的应用程序或库都将在报告中显示详细信息。对于可视化flame graphs似乎运作良好。

Answer 2

您也可以使用

/usr/bin/time -v YourProgram.exe

它会显示所有这些信息：

/usr/bin/time -v ls
    Command being timed: "ls"
    User time (seconds): 0.00
    System time (seconds): 0.00
    Percent of CPU this job got: 60%
    Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:00.00
    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): 4080
    Average resident set size (kbytes): 0
    Major (requiring I/O) page faults: 0
    Minor (reclaiming a frame) page faults: 314
    Voluntary context switches: 1
    Involuntary context switches: 1
    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

您还可以使用-f标志格式化输出以满足您的需要。

请务必使用它的完整路径调用此程序，否则它将调用'time'命令，而这不是您需要的...

希望这有帮助！

Answer 3

最适合您的工具称为 valgrind 。它能够进行内存分析，调用图构建等等。

sudo apt get install valgrind
valgrind ./yourapp

但是，要获得程序执行的时间，可以使用time(8) linux实用程序。

time ./yourapp

Answer 4

使用perf_event_open的Linux config = PERF_COUNT_HW_INSTRUCTIONS系统调用

perf可能是OP想要的，如https://stackoverflow.com/a/10114325/895245所示，但出于完整性考虑，如果要控制源代码，我将展示如何在C程序中执行此操作。

此方法可以允许对程序中特定目标区域进行更精确的测量。对于每个不同的缓存级别，它也可以获得单独的缓存命中/未命中计数。此系统调用可能与perf共享相同的后端。

此示例与Quick way to count number of instructions executed in a C program基本相同，但具有PERF_TYPE_HW_CACHE。通过这样做：

man perf_event_open

您可以看到在此示例中，我们仅在计数：

L1数据缓存（PERF_COUNT_HW_CACHE_L1D）
读取（PERF_COUNT_HW_CACHE_OP_READ，而不是写预取
未命中（PERF_COUNT_HW_CACHE_RESULT_MISS），未命中

perf_event_open.c

#define _GNU_SOURCE
#include <asm/unistd.h>
#include <linux/perf_event.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/syscall.h>
#include <unistd.h>

#include <inttypes.h>

static long
perf_event_open(struct perf_event_attr *hw_event, pid_t pid,
                int cpu, int group_fd, unsigned long flags)
{
    int ret;

    ret = syscall(__NR_perf_event_open, hw_event, pid, cpu,
                    group_fd, flags);
    return ret;
}

int
main(int argc, char **argv)
{
    struct perf_event_attr pe;
    long long count;
    int fd;
    char *chars, c;

    uint64_t n;
    if (argc > 1) {
        n = strtoll(argv[1], NULL, 0);
    } else {
        n = 10000;
    }

    chars = malloc(n * sizeof(char));

    memset(&pe, 0, sizeof(struct perf_event_attr));
    pe.type = PERF_TYPE_HW_CACHE;
    pe.size = sizeof(struct perf_event_attr);
    pe.config = PERF_COUNT_HW_CACHE_L1D |
                PERF_COUNT_HW_CACHE_OP_READ << 8 |
                PERF_COUNT_HW_CACHE_RESULT_MISS << 16;
    pe.disabled = 1;
    pe.exclude_kernel = 1;
    // Don't count hypervisor events.
    pe.exclude_hv = 1;

    fd = perf_event_open(&pe, 0, -1, -1, 0);
    if (fd == -1) {
        fprintf(stderr, "Error opening leader %llx\n", pe.config);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* Write the memory to ensure misses later. */
    for (size_t i = 0; i < n; i++) {
        chars[i] = 1;
    }

    ioctl(fd, PERF_EVENT_IOC_RESET, 0);
    ioctl(fd, PERF_EVENT_IOC_ENABLE, 0);

    /* Read from memory. */
    for (size_t i = 0; i < n; i++) {
        c = chars[i];
    }

    ioctl(fd, PERF_EVENT_IOC_DISABLE, 0);
    read(fd, &count, sizeof(long long));

    printf("%lld\n", count);

    close(fd);
    free(chars);
}

有了这个，我得到的结果线性增加，就像：

./main.out 100000
# 1565
./main.out 1000000
# 15632
./main.out 10000000
# 156641

据此，我们可以估计出缓存行大小为：100000/1565〜63.9，它几乎与我的计算机上64 according to getconf LEVEL1_DCACHE_LINESIZE的确切值完全匹配，所以我认为它可以正常工作。

最简单的工具来测量Linux中的C程序缓存命中/未命中和cpu时间？

4 个答案: