CPU Timers

Boost , ,

Introduction

Знание того, сколько времени занимает выполнение программы, полезно как в тестовой, так и в производственной среде. Это также может быть полезно, если такая информация о времени разбивается на время настенных часов, время процессора, потраченное пользователем, и время процессора, потраченное операционной системой, обслуживающей запросы пользователей.

Класс<cpu_timer>измеряет время настенных часов, время обработки процессора пользователя и время обработки процессора системы. Класс< auto_cpu_timer>— это уточнение<cpu_timer>, которое автоматически сообщает о прошедших временах, когда объект< auto_cpu_timer>разрушается.

Setup

Повышаю. Таймер реализован как отдельно скомпилированная библиотека, поэтому вы должны установить двоичные файлы в месте, которое может быть найдено вашим линкером. Если вы будете следовать инструкциям, чтобы начать, это уже сделано для вас.

Using the timers

Using auto_cpu_timer

Самое простое и наиболее распространенное использование - добавить две строки, выделенные ниже, в область, которую вы хотите время. См.< auto_cpu_timer_example.cpp>Исходный код.

#include <boost/timer/timer.hpp>
#include <cmath>
int main()
{
  boost::timer::auto_cpu_timer t;
  for (long i = 0; i < 100000000; ++i)
    std::sqrt(123.456L); // burn some time
  return 0;
}

Когда<auto_cpu_timer>объект создан, он начинает отсчет времени. Когда он разрушается в конце области, его деструктор останавливает таймер и отображает информацию о времени на выходном потоке по умолчанию<std::cout>.

Результат этой программы будет выглядеть примерно так:

<    5.713010s wall, 5.709637s user + 0.000000s system = 5.709637s CPU (99.9%)>

Другими словами, эта программа работала в<5.713010>секундах, как измерялось бы часами на стене, операционная система заряжала ее в течение<5.709637>секунд времени процессора пользователя и 0 секунд времени процессора системы, общее количество этих двух было<5.709637>, и это составляло<99.9>процентов времени настенных часов.

Выходной поток, число десятичных знаков и формат отчетности могут контролироваться аргументами конструктора<auto_cpu_timer>. Вот как будет выглядеть вывод из вышеуказанной программы для нескольких различных наборов аргументов конструктора:

Обработка строки формата описаназдесь.

Using cpu_timer

Следующий код создает контрольную точку каждые 20 CPU секунд:

using boost::timer::cpu_timer;
using boost::timer::cpu_times;
using boost::timer::nanosecond_type;
...
nanosecond_type const twenty_seconds(20 * 1000000000LL);
nanosecond_type last(0);
cpu_timer timer;
while (more_transactions)
{
  process_a_transaction();
  cpu_times const elapsed_times(timer.elapsed());
  nanosecond_type const elapsed(elapsed_times.system
    + elapsed_times.user);
  if (elapsed >= twenty_seconds)
  {
    ... create a checkpoint ...
    last = elapsed;
  }
}

Timer accuracy

Насколько точны эти таймеры?

Resolution

The resolution of a clock, and thus timers built on that clock, is the minimum period time that can be measured. The program cpu_timer_info.cpp measures the resolution of cpu_timer.

Other concerns

Настенные часы подвержены многим внешним воздействиям, таким как влияние других процессов.

<cpu_timer>и<auto_cpu_timer>получают настенные часы от Boost. Хроно<high_resolution_clock>. На совместимых процессорах Intel, работающих под управлением Windows, Linux и Mac OS X, это «устойчивые часы» [C++11 20.11.3], но они не могут быть устойчивыми на других платформах.< cpu_timer_info.cpp>сообщает, является ли<high_resolution_clock>устойчивым на конкретной платформе.

Стабильные часыопределяются стандартом C++11 как часы, для которых значения никогда не уменьшаются по мере продвижения физического времени и для которых значения продвигаются с постоянной скоростью относительно реального времени. То есть часы могут не корректироваться. Стабильные часы никогда не работают назад, даже когда часы операционной системы сбрасываются назад, например, во время перехода на летнее время.

Сроки сборки отладки часто в несколько раз медленнее, чем сборки выпуска, потому что оптимизация компилятора отключена и потому что библиотеки часто предоставляют очень дорогие проверки ошибок на сборках отладки.

Синтетический эталонный код может быть оптимизирован, особенно если определен NDEBUG. Возможно, потребуется проверить сгенерированный код, чтобы убедиться, что этого не происходит.

Recommendations

Think about what is important to your application. For a production process, the wall clock time may be what is most important. To study the efficiency of code, total CPU time (user + system) is often a much better measure.

A useful recommendation is to never trust timings unless they are (1) at least 100 times longer than the CPU time resolution, (2) run multiple times, and (3) run on release builds. And results that are too good to be true need to be should be investigated skeptically.

Общие библиотеки (DLL и .so) могут повлечь за собой дополнительные задержки времени, включая дорогостоящие доступы к диску, первый раз, когда таймер или другая функция называется. Если это будет вводить в заблуждение, следует рассмотреть статические ссылки.

Reference

Спецификации приведены в стиле стандартной библиотеки C++ (C++11, 17.5.1.4 [structure.specifications]). ДополнительныйОбзорможет быть предоставлен для содействия пониманию.Обзорныеэлементы информативны — фактическая семантика дана другими подробными спецификационными элементами.

Functions not specified as noexcept will throw std::bad_alloc exceptions if a memory allocation error occurs. Other errors are reported by time values of -1. [Note: Modern hardware and operating systems have robust clock subsystems, so such errors are unusual if even possible at all. -- end note]

The Timer library meets the same data race avoidance requirements as the C++11 standard library (17.6.5.9 [res.on.data.races]). Shared objects of Timer library types risk undefined behavior unless the user supplies a locking mechanism. See C++11, 17.6.4.10 [res.on.objects], Shared objects and the library.

<boost/timer/timer.hpp> synopsis

Default format

Формат по умолчанию — "%ws wall, %us user + %ss system = %ts CPU (%p%)\n".

Typedef nanosecond_type

Typedef<nanosecond_type>обеспечивает реализацию определенного типа, способного представлять наносекунды. Для систем POSIX и Windows< nanoseconds_type>—<boost::int_least64_t>.

Основной тип не основан на библиотеке Boost Date-Time или Chrono, чтобы избежать зависимости от большой библиотеки. Этот выбор дизайна может измениться в будущем.

Хотя<nanosecond_type>способен представлять однунаносекунду, фактическое разрешение общих таймеров операционной системы может быть намного ниже. Для настенных часов примерно в 2010 году разрешение часто не лучше, чем одна 60 микросекунда 61. Для пользовательского и системного времени типичное разрешение составляет 15миллисекундна Windows и 10миллисекундна POSIX.

Struct cpu_times

Структура<cpu_times>упаковывает прошедшее время настенных часов, время процессора пользовательского процесса и время процессора системного процесса. См.Значения текущего временидля определений источника этих прошедших времен.

void clear();

Эффекты:<wall = user = system = 0LL>.

Namespace scope functions

std::string format(const cpu_times& times, short places, const std::string& format);
std::string format(const cpu_times& times, short places = default_places);

Обзор:Преобразует значения<times>в строки, представляющие секунды до<places>десятичных знаков, и вставляет их в обратную строку, контролируемую<format>.

Замечания:Для перегрузки без аргумента<format>используется форматпо умолчанию.

Возвращение:Строка, которая является копией<format>, за исключением того, что любые экземпляры последовательностей, показанных ниже, заменяются указанным значением. Времена сообщаются в секундах, показанных в<std::max(0, std::min(default_places, 9))>десятичных местах. Процент сообщается в одно десятичное место. [править]Примечание:процент может превышать 100% из-за различий в том, как операционные системы измеряют различные времена.— конец примечания

Формат заменяющих последовательностей

Sequence	Replacement value
%w	<times.wall>
%u	<times.user>
%s	<times.system>
%t	<times.user + times.system>
%p	Доля<times.wall>, представленная< times.user + times.system>

Class cpu_timer

<cpu_timer>объекты измеряют время, прошедшее через настенные часы, и время, заряженное на пользователя и систему.

Значения текущего времениявляются текущим временем настенных часов, временем пользовательского процесса и временем системного процесса, предусмотренным операционной системой:

• Время настенных часов — это время, которое измеряется обычными наручными часами или часами на стене.
• Время пользовательского процесса "время процессора, заряженное на выполнение пользовательских инструкций процесса вызова."См.Позикс.
• Время процесса системы — это время процессора, заряженное на выполнение системой от имени процесса вызова." См.POSIX.

cpu_timer synopsis

    
    class cpu_timer
    {
    public:
      //  constructor
      cpu_timer() noexcept;
 
      //  compiler generated; shown for exposition only
     ~cpu_timer() noexcept = default; 
      cpu_timer(const cpu_timer&) noexcept = default;
      cpu_timer& operator=(const cpu_timer&) noexcept = default;      
      //  observers
      bool         is_stopped() const noexcept;
      cpu_times    elapsed() const noexcept;
      std::string  format(int places, const std::string& format) const;
      std::string  format(int places = default_places) const;
      //  actions
      void         start() noexcept;
      void         stop() noexcept;
      void         resume() noexcept;
    };

cpu_timer constructor

cpu_timer() noexcept;

Эффекты:Конструирует объект типа< cpu_timer>. Звонки<start()>.

cpu_timer observers

bool is_stopped() const noexcept;

Возвращение:<true>еслиостановится()была самой последнейфункцией действия, названной иначе<false>.

cpu_times elapsed() const noexcept;

Возвращается:Если<is_stopped()>, накопленные прошедшие времена по сравнению с предыдущейостановкой. В противном случае, прошедшее время накапливается между последним вызовомстартаилирезюмеитекущих значений времени.

std::string       format(int places, const std::string& format) const;
std::string       format(int places = default_places) const;

Обзор:Возвращает строку для текущего прошедшего времени в форматес нечленной функцией.

Возвращение:<boost::timer::format(elapsed(), places[, format])>.

cpu_timer actions

void start() noexcept;

Effects: Begins accumulating elapsed time as of the current time values.

Постусловия:<!is_stopped()>.

void stop() noexcept;

Эффекты:Если<!is_stopped()>перестает накапливаться прошедшее время по состоянию натекущие временные значения.

[править]Примечание:Это видно по<elapsed()>.— конец примечания

Постусловия:<is_stopped()>.

void resume() noexcept;

Обзор:Перезапускает таймер, накапливая дополнительное прошедшее время.

Эффекты:Если<is_stopped()>, возобновляется накопление дополнительного прошедшего времени, по состоянию натекущие временные значения. В противном случае никакого эффекта.

Class auto_cpu_timer

Класс<auto_cpu_timer>добавляет функцию<report()>к<class cpu_timer>и автоматически вызывает<report()>на разрушение.

auto_cpu_timer synopsis

    
    class auto_cpu_timer : public cpu_timer
    {
    public:
      explicit auto_cpu_timer(short places = default_places);
               auto_cpu_timer(short places, const std::string& format);
      explicit auto_cpu_timer(const std::string& format);
               auto_cpu_timer(std::ostream& os, short places, const std::string& format);
      explicit auto_cpu_timer(std::ostream& os, short places = default_places);
               auto_cpu_timer(std::ostream& os, const std::string& format);
     ~auto_cpu_timer() noexcept;
      // compiler generated; shown for exposition only
      auto_cpu_timer(const auto_cpu_timer&) = default;
      auto_cpu_timer& operator=(const auto_cpu_timer&) = default;
      // observers
      std::ostream&      ostream() const noexcept;
      short              places() const noexcept;
      const std::string& format_string() const noexcept;
      // actions
      void               report();
    };

[Note: Constructors without a std::ostream& argument argument imply std::cout. An argument default is avoided as it would require including <iostream>, with its high costs, even when the standard streams are not used. --end note]

auto_cpu_timer constructors

explicit auto_cpu_timer(short places = default_places);
         auto_cpu_timer(short places, const std::string& format);
explicit auto_cpu_timer(const std::string& format);               
         auto_cpu_timer(std::ostream& os, short places, const std::string& format);
explicit auto_cpu_timer(std::ostream& os, short places = default_places);
         auto_cpu_timer(std::ostream& os, const std::string& format);

Эффекты:Конструирует объект типа< auto_cpu_timer>и хранит поток, места и форматные данные строк, необходимые для установления постусловий.

Постусловия:

• Для перегрузок с аргументомos,ostream() == os. В противном случаеostream() == std::cout.
• places() == places.
• Для тех, кто перегруженformatаргументамиformat_string() == format. В противном случаеformat_string() == std::cout

auto_cpu_timer destructor

~auto_cpu_timer() noexcept;

Effects: If !is_stopped(), stop(), report().

[Note: Because the function is noexcept, implementation must ensure no exception escapes. --end note]

auto_cpu_timer observers

Наблюдатели допускают тестирование пост-условий конструктора и спецификацию других функциональных возможностей, не прибегая к "для экспозиции только" частных участников.

std::ostream& ostream() const noexcept;

Возвращение:Поток хранится путем строительства или последующего копирования.

short places() const noexcept;

Возвращение:Места, хранящиеся при строительстве или последующем копировании.

const std::string& format_string() const noexcept;

Возвращение:Формат строки, сохраненный конструкцией или последующим присвоением копии.

auto_cpu_timer actions

void report();

Эффекты:Как будто:

ostream() << timer::format(elapsed(), places(), format_string());

Примечание:Может быть желательно позвонить<stop()>, прежде чем позвонить<report()>, потому что выполнение ввода/вывода во время работы таймера может привести к вводящим в заблуждение результатам.<resume()>может быть вызван впоследствии для продолжения времени.— конец примечания

History

Беман Доуз и Роб Стюарт разработали версию 2 библиотеки.

Беман сделал начальную разработку. Роб внес много исправлений, комментариев и предложений. В частности, он предложил функции<resume()>и<format()>, что привело к улучшению простоты использования для нескольких вариантов использования.

Acknowledgements

Комментарии и предложения поступили от Грега Рубино, Дэйва Абрахамса, Висенте Ботета и Джона Мэддока.

Пересмотрено:08 Октябрь 201108 October 2011[ORIG_END] -->

© Copyright Beman Dawes, 2006
© Copyright Beman Dawes and Robert Stewart, 2011

Распространяется в соответствии с Лицензией на программное обеспечение Boost, версия 1.0. См.www.boost.org/ LICENSE_1_0.txt

Статья CPU Timers раздела может быть полезна для разработчиков на c++ и boost.

:: Главная :: ::