9.3 计算命令执行时间

在分析应用程序的效率或比较不同的算法时，其执行时间非常重要。

9.3.1 实战演练

(1) time命令可以测量出应用程序的执行时间

 $ time APPLICATION

time命令会执行APPLICATION。当APPLICATION执行完毕后，time命令将其real时间、sys时间以及user时间输出到stderr中，将APPLICATION的正常输出发送到stdout。

$ time ls
archive.tar.gz  golang     output.txt  sample1.txt  temp.txt  variables.sh  welcome.txt
echo            if.sh      out.txt     sample2.txt  tools     vitest
else            input.txt  printf.sh   showArgs.sh  umq       vitest.tar
real    0m0.004s
user    0m0.003s
sys     0m0.001s

time命令的可执行二进制文件位于/usr/bin/time，另外还有一个bash shell的内建命令也叫作time。当执行time时，默认调用的是shell的内建命令。内建的time命令选项有限。如果需要使用额外的功能，应该使用可执行文件time的绝对路径（/usr/bin/time）。

(2) 选项-o可以将相关的时间统计信息写入文件

$ yum install time -y
$ /usr/bin/time -o output.txt COMMAND

[root@dev workspace]# ls
archive.tar.gz  golang     output.txt  sample1.txt  temp.txt  variables.sh  welcome.txt
echo            if.sh      out.txt     sample2.txt  tools     vitest
else            input.txt  printf.sh   showArgs.sh  umq       vitest.tar
[root@dev workspace]# /usr/bin/time -o timeoutput.txt ls
archive.tar.gz  golang     output.txt  sample1.txt  temp.txt        umq           vitest.tar
echo            if.sh      out.txt     sample2.txt  timeoutput.txt  variables.sh  welcome.txt
else            input.txt  printf.sh   showArgs.sh  tools           vitest
[root@dev workspace]# cat timeoutput.txt
0.00user 0.00system 0:00.00elapsed 100%CPU (0avgtext+0avgdata 3184maxresident)k
0inputs+0outputs (0major+163minor)pagefaults 0swaps
[root@dev workspace]#

文件名应该出现在选项-o之后。

选项-a可以配合-o使用，将命令执行时间追加到原文件的末尾：

$ /usr/bin/time -a -o output.txt COMMAND

(3) 选项-f可以指定输出哪些统计信息及其格式。格式字符串包括一个或多个以%为前缀的参数。格式参数包括以下几种。

• real 时间: %e
• user 时间: %U
• sys 时间: %S
• 系统分页大小：%Z

通过结合格式参数以及其他文本，我们就可以创建格式化输出：

$ /usr/bin/time -f "FORMAT STRING" COMMAND

例如：

$ /usr/bin/time -f "Time: %U" -a -o timing.log uname
Linux

其中，%U指定了user时间。

time命令将被计时的应用程序的输出发送到stdout，将自身的输出发送到stderr。我们可以用重定向操作符（>）重定向应用程序输出，用错误重定向操作符（2>）重定向time命令的输出。

例如：

$ /usr/bin/time -f "Time: %U" uname> command_output.txt
2>time.log
$ cat time.log
Time: 0.00
$ cat command_output.txt
Linux

(4) 格式参数也可以报告内存使用情况。参数%M会显示所使用的最大内存（以KB为单位），参数%Z会显示系统页面大小：

$ /usr/bin/time -f "Max: %M K\nPage size: %Z bytes" \
  ls>
/dev/null
Max: 996 K
Page size: 4096 bytes

这里并不需要被计时的命令（ls）的输出，因此将标准输出重定向到了/dev/null。

9.3.2 工作原理

time命令默认报告3类时间。

• Real：指的是壁钟时间（wall clock time），也就是命令从开始执行到结束的时间。这段时2间包括其他进程所占用的时间片（time slice）以及进程被阻塞时所消耗的时间（例如，为等待I/O操作完成所用的时间）。
• User：是指进程花费在用户模式（内核模式之外）中的 CPU 时间。这是执行进程所花费的时间。执行其他进程以及花费在阻塞状态中的时间并没有计算在内。
• Sys：是指进程花费在内核中的CPU时间。它代表在内核中执行系统调用所使用的时间，这和库代码（library code）不同，后者仍旧运行在用户空间。与“user时间”类似，这也是真正由进程使用的CPU 时间。参考表 9-1，其中简要描述了内核模式（也称为监督模式）和系统调用机制。

time 命令给出了进程的很多细节信息。其中包括退出状态、接收到的信号数量以及进程上下文的切换次数等。这些信息都可以通过给选项-f提供相应的格式化字符串来显示。

表 9-1 展示了一些值得注意的参数。
表 9-1