时间的倒数

性能的标准有两个指标：

第一个是响应时间（Response time）或者叫执行时间（Execution time）。想要提升响应时间这个性能指标，你可以理解为让计算机“跑得更快”。响应时间指的就是，我们执行一个程序，到底需要花多少时间。花的时间越少，自然性能就越好。

第二个是吞吐率（Throughput）或者带宽（Bandwidth），想要提升这个指标，你可以理解为让计算机“搬得更多”。吞吐率是指我们在一定的时间范围内，到底能处理多少事情。这里的“事情”，在计算机里就是处理的数据或者执行的程序指令。

我们一般把性能，定义成响应时间的倒数，也就是：

计时单位：CPU 时钟

用时间来衡量性能有两个问题：

首先是时间不准，程序每次运行的时间都可能不同，因为计算机可能同时运行着好多个程序，CPU 实际上不停地在各个程序之间进行切换。在这些走掉的时间里面，很可能 CPU 切换去运行别的程序了。而且，有些程序在运行的时候，可能要从网络、硬盘去读取数据，要等网络和硬盘把数据读出来，给到内存和 CPU。所以说，要想准确统计某个程序运行时间，进而去比较两个程序的实际性能，我们得把这些时间给刨除掉。

[root@nfs ~]# time seq 1000000 | wc -l
1000000
real    0m0.058s        整个运行时间
user    0m0.047s        CPU 用户态运行指令的时间
sys        0m0.044s        CPU 内核里运行指令的时间
因为在一台多核或者多 cpu 的机器上运行，seq 和 wc 命令会分配到两个 cpu 上，user 和 sys 是两个 cpu 时间相加的，而 real 只是现实时钟里走过的时间，极端情况下 user+sys 可以到达 real 的两倍。

其次，即使我们已经拿到了 CPU 时间，我们也不一定可以直接“比较”出两个程序的性能差异。即使在同一台计算机上，CPU 可能满载运行也可能降频运行，降频运行的时候自然花的时间会多一些。

除了 CPU 之外，时间这个性能指标还会受到主板、内存这些其他相关硬件的影响。所以，我们需要对“时间”这个我们可以感知的指标进行拆解，把程序的 CPU 执行时间变成 CPU 时钟周期数（CPU Cycles）和 时钟周期时间（Clock Cycle）的乘积。

CPU 主频决定于硬件，所以程序员将提升的重点放到 CPU 执行数量上。对于 CPU 时钟周期数，我们可以再做一个分解，把它变成“指令数×每条指令的平均时钟周期数（Cycles Per Instruction，简称 CPI）

时钟周期：取决于计算机硬件，CPU 主频。

CPI：平局一条指令需要多少个时钟周期，与 CPU 结构有关。

指令数：程序执行多少指令，用哪些指令，与编译器有关，同样的的代码在不同编译器下有不同的表示方式。