Question

我很难理解处理器时间。该计划的结果：

#include <iostream>
#include <chrono>

// the function f() does some time-consuming work
void f()
{
    volatile long double d;
    int size = 10000;
    for(int n=0; n<size; ++n)
       for(int m=0; m<size; ++m)
           d = n*m;
}

int main()
{
    std::clock_t start = std::clock();
    f();
    std::clock_t end = std::clock();

    std::cout << "CPU time used: "
              << (end - start)
              << "\n";
}

似乎在210 000,220 000和230 000之间随机波动。起初我很惊讶，为什么这些离散值。然后我发现std::clock()仅返回approximate processor time。因此，std::clock()返回的值可能会舍入到10 000的倍数。这也可以解释为什么CPU时间之间的最大差异为20 000（10 000 ==第一次调用{{1时的舍入误差第二个和10 000个。）

但是如果我在std::clock()的身体中改为int size = 40000;，我会在3 400 000到3 500 000的范围内出现波动，这无法用四舍五入来解释。

根据我在维基百科上看到的clock rate：

CPU需要固定数量的时钟周期（或时钟周期）执行每条指令。时钟越快，指令越多 CPU可以每秒执行一次。

也就是说，如果程序是确定性的（我希望是我的），那么完成所需的CPU时间应该是：

始终相同
略高于执行的指令数

我的实验也没有显示，因为我的程序需要执行至少f()条指令。你能解释一下我做错了吗？

Answer 1

首先，您从维基百科中引用的陈述完全是假的。 20年前可能是真的（但并非总是如此）然后），但今天完全是假的。有很多事情这会影响你的时间：

第一个：如果您在Windows上运行，clock已损坏，并且完全不可靠。它返回经过的差异时间，而不是CPU时间。经过的时间取决于各种各样的处理器可能正在做的其他事情。
除此之外：缓存未命中等问题非常重要对时间的影响。并且是否有特定的数据是否缓存取决于您的程序是否在最后一次访问和此访问之间中断。

一般来说，任何低于10％的东西都很容易归因于缓存问题。而且我已经看到了10倍的差异在Windows下，取决于是否正在运行构建或不

Answer 2

您没有说明您正在运行二进制文件的硬件。

是否有中断驱动的CPU？

它是一个多任务操作系统吗？

你错误地将CPU的周期时间（维基百科所指的CPU时钟）与从头到尾执行特定代码所需的时间以及可怜的CPU必须做的所有其他事情搞错了同时。

另外......是你在1级缓存中执行的所有代码，或者是2级或主内存中的某些代码，还是磁盘上的代码...下次运行它时会怎么样？

Answer 3

您的程序不具有确定性，因为它使用了不确定的库和系统函数。

作为一个特例，当您分配内存时，这是虚拟内存，必须映射到物理内存。虽然这是一个系统调用，运行内核代码，但它会在您的线程上进行，并将计入您的时钟时间。执行此操作所需的时间取决于总体内存分配情况。

Answer 4

对于给定的一组环境，CPU时间确实是“固定的”。但是，在现代计算机中，系统中还会发生其他事情，这会干扰代码的执行。当您的电子邮件软件醒来检查是否有新的电子邮件，或HP打印机软件检查更新时，或者当防病毒软件决定运行以进行一些检查时，可能会消除缓存你的记忆包含任何病毒等等，等等。

部分原因还在于任何系统中的CPU时间记帐不是100％准确的问题 - 它适用于“时钟滴答”和类似的事情，因此例如中断用于服务网络的时间进入的数据包，或硬盘服务中断，或定时器中断说“另一个毫秒勾选”这些全部帐户进入“当前正在运行的进程”。假设这是Windows，还有一个“功能”，即由于历史和其他原因，std::clock()只是返回现在的时间，而不是实际上是您的进程使用的时间。所以例如：

t = clock();
cin >> x;
t = clock() - t;

如果输入t的值需要十秒钟，

将使x的时间为10秒，即使这些十秒中的9.999花费在空闲进程中，而不是您的程序。

为什么每次执行此程序时CPU时间都不同？

4 个答案: