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time命令_Linux time命令:测量命令的执行时间或者系统资源的使用情况

这里我们要学习的 time 命令是用来测量 Linux 程序执行时间的命令,而不是用来显示系统时间的命令。不是吧,这也太分裂了吧,那显示系统时间的命令是什么呢?是 date,马上百度一下,你就清楚了。

Linux 手册中是这样介绍 time 命令的:“time a simple command or give resource usage”,即测量命令的执行时间,或者给出系统资源的使用情况。

time 的简单用法

如果你想查看一条命令(比如 ls)到底执行了多长时间,我们可以这样做:
[roc@roclinux ~]$ time ls
program  public_html  repo  rocscm
 
real    0m0.002s
user    0m0.002s
sys 0m0.000s

看到没有,执行时间一下子就统计出来了。但输出内容中有三个统计时间,real、user 和 sys,它们都代表什么含义呢?哪个才是 ls 命令的执行时间呢?下面我们就一起来看看这三个统计时间。

(1) real:从进程 ls 开始执行到完成所耗费的 CPU 总时间。该时间包括 ls 进程执行时实际使用的 CPU 时间,ls 进程耗费在阻塞上的时间(如等待完成 I/O 操作)和其他进程所耗费的时间(Linux 是多进程系统,ls 在执行过程中,可能会有别的进程抢占 CPU)。

(2) user:进程 ls 执行用户态代码所耗费的 CPU 时间。该时间仅指 ls 进程执行时实际使用的 CPU 时间,而不包括其他进程所使用的时间和本进程阻塞的时间。

(3) sys:进程 ls 在内核态运行所耗费的 CPU 时间,即执行内核系统调用所耗费的 CPU 时间。

现在,我们应该对这三个时间非常清楚了吧。ls 命令的真正执行时间是多少?答案就是 user+sys 的时间,但一般情况下,real=user+sys,因而我们就使用 real 的时间作为 ls 的执行时间了(注意,这里会有几个坑,我们将在后面进行介绍)。

好了,time 的最基本用法介绍完毕,就这么简单。

消失的时间

上面说 real 时间中会有几个坑,下面我们就来详细地看一看。

情景一:
[roc@roclinux ~]$ time sudo find / -name php.ini
 
real    0m0.193s
user    0m0.076s
sys 0m0.115s

咦,是我数学不好,还是命令执行出错了呢?为什么 0.193s(real)>0.076s(user)+0.115s(sys),而不是相等呢?哈哈,同学,你挺细心的嘛。这既不是你的数学不好,也不是命令执行出错,而是我们对命令执行时间的理解有几个误区。

误区一:real_time=user_time+sys_time

如果你认为上面的等式一定成立的话,那么请你再理解一下前面关于 real、user 和 sys 的介绍。在前面的表述中,real time 是包含了其他进程的执行时间和进程阻塞时间的,而 usr time+sys time 显然是不包括其他进程的执行时间和进程阻塞时间的。因此,real_time>user_time+sys_time 是非常有可能的。

误区二:real_time>user_time+sys_time

根据上面的分析,这个关系式应该是成立的吧?嘿嘿,不一定哟。一般来说,在单核 CPU 系统中,这个关系式是成立的,但如果我们的系统是多核 CPU 的话,而有些程序是能够同时利用到多核 CPU 的计算能力的,在这种情况下这个关系式就不成立了。

程序利用多核 CPU 的计算能力,可以并行地处理多项事务。就像一件工作,原来是一个 CPU 核去做,现在是两个 CPU 核并行做,那么完成同样工作所花费的总时间是 user_time+sys_time,而两个人并行做却能够在更短的时间内完成,耗时为 real_time。因此,这种情况下,便出现了 real_time<user_time+sys_time 的情况。

误区三:real_time<user_time+sys_time

多核情况下,real_time<user_time+sys_time 是成立的,那单核呢?显然是 real_time>user_time+sys_time。

上面的三个误区有点绕,但结论很重要,就是 real_time 和 user_time+sys_time 的大小关系不是恒久不变的,你需要了解你的 Linux 服务器,是单核,还是多核,这样才能正确地确定它们的关系。

情景二:
[roc@roclinux ~]$ time sudo find / -name mysql.sh
/etc/profile.d/mysql.sh
 
real    0m6.776s
user    0m1.101s
sys 0m1.363s
我们执行 find/-name mysql.sh 搜索文件的命令,显示的命令耗时是 6.776 秒。

如果我们再执行一次完全相同的命令:
[roc@roclinux ~]$ time sudo find / -name mysql.sh
/etc/profile.d/mysql.sh
 
real    0m3.059s
user    0m1.189s
sys 0m1.435s

咦,怎么 real 的时间缩减到了 3.059 秒了,生生少了 3 秒多钟,这又是怎么回事呢?为什么同样的命令在第二次执行时快这么多呢?

这个现象跟 Linux 操作系统的运行原理有关,find 命令在第一次执行后,系统会对一些文件做缓存,在第二次执行时,就正好使用到了这些缓存中的数据,因此执行速度就变快了很多。

看过这个示例后,如果仍有同学不问青红皂白地抱怨 time 命令的计时误差大,那可真是冤枉 time 啦。

time 的 man 手册中说,它不仅可以测量运行时间,还可以测量内存、I/O 等的使用情况,但为什么上面示例中的 time 命令的结果中却没有显示出这些信息呢?难道是 man 手册出现了错误?

NO,NO,NO(重要的事情要说三遍),其实上面使用的 time 真的是“巧妇难为无米之炊”,我们之前所用的 time 命令是 Bash 的内置命令,功能比较弱;而更强大的 time 命令隐藏在 /usr/bin/ 目录下,这个命令才是世外高人。

如果我们在 /user/bin/ 中并没有找到传说中那个强大的 time 命令,那么应该是没有安装 time 这个工具,安装方法也很简单:
[root@roclinux ~]# yum install time

安装完成后,我们就一起来见识 time 命令的庐山真面目吧!我们特意在 time 命令前加了一个斜线(\),就是为了调用那个强大的 time 命令,而非 Bash 内置的 time 命令。
[root@roclinux ~]# \time ls
bin dev   lib     media  proc  seLinux   tmp
boot    etc   lib64   mnt   root  srv  usr
cgroup  home  lost+found  opt    sbin  sys  var
0.00user 0.00system 0:00.00elapsed 0%CPU (0avgtext+0avgdata 956maxresident)k
0inputs+0outputs (0major+289minor)pagefaults 0swaps

请注意输出内容中的最后两行,打印了很多指标数据,但似乎有点晦涩难懂。这时我们可以使用一个 -v 选项,这样可以打印出更详细的信息。
[root@roclinux /]# \time -v ls
bin dev   lib     media  proc  seLinux   tmp
boot    etc   lib64   mnt   root  srv  usr
cgroup  home  lost+found  opt    sbin  sys  var
    Command being timed: "ls"
    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): 0:00.00
    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): 956
    Average resident set size (kbytes): 0
    Major (requiring I/O) page faults: 0
    Minor (reclaiming a frame) page faults: 292
    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

注意,上面的 Elapsed(wall clock)time(h:mm:ss or m:ss):0:00.00,值是 0,难道执行 ls 命令没有消耗时间?

非也,事情的真相是这样的:在 time 命令的输出中,Elapsed time 是通过系统调用 gettimeofday 获取到的结束时间和起始时间相减得到的。因此,time 对于运行时间较短的任务计时时,会产生一定误差。time 命令输出的时间统计精度基本在 10 毫秒级。

原来是精度的问题啊,少于 10 毫秒的程序,真的是连 time 也无法精确计时。

time 命令输出指标介绍

time 命令可以显示的资源共有三大项,分别是:时间、内存和 I/O。下面来具体看看 time 命令都显示了哪些指标数据。

(1) 时间
指 标 含 义
Elapsed (wall clock) time 执行命令所花费的时间,格式是:[hour]:minute:second
System time 命令执行时在内核模式所花费的时间,单位是秒
User time 命令执行时在使用者模式所花费的时间,单位是秒
Percent of CPU this job got 命令执行时 CPU 的占用比例。
其实这个数字就是内核模式的 CPU 时间加上使用者模式的 CPU 时间除以总时间

(2) 内存
指 标 含 义
Maximum resident set size 执行程序所占用内存的最大值。单位是 KB
Average resident set size 执行程序所占用内存的平均值,单位是 KB
Average total size 执行程序所占用的内存总量(stack+data+text)的平均大小, 单位是 KB
Average unshared data size 执行程序所占用的私有数据区(unshared data area)的平均 大小,单位是 KB
Average stack size 执行程序所占用的私有堆栈(unshared stack)的平均大小, 单位是 KB
Average shared text size 执行程序间共享内容(shared text)的平均值,单位是 KB
Page size 系统内存页的大小,单位是 byte。对于同一个系统来说,这 是个常数

(3) I/O
指 标 含 义
Major (requiring I/O) page faults 此程序的主要内存页错误发生的次数。
所谓的主要内存页错误是指某一内存页己经詈换到 SWAP 分区中,又被其他程序使用过,该页的内容必须从 SWAP 分区里再读出来才能使用
Minor (reclaiming a frame) page faults 此程序的次要内存页错误发生的次数。
所谓的次要内存页错误是指某一内存页虽然己经詈换到 SWAP 中,但尚未被其他程序使用。此时该页的内容并未 被破坏,不必从 SWAP 分区里读出来即可直接使用
Swaps 此程序被交换到 SWAP 分区的次数
Involuntary context switches 此程序被强迫中断(如 CPU 时间耗尽)的次数
Voluntary context switches 此程序自愿中断(I/O 执行完毕,磁碟读取完成等)的次数
File system inputs 此程序所输入的文件数
File system outputs 此程序所输出的文件数
Socket messages received 此程序所收到的 Socket Message
Socket messages sent 此程序所送出的 Socket Message
Signals delivered 此程序所收到的信号数
Exit status 命令退出状态

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