cpu time和clock time、real time、wall time都是什么？以及在不同语言中如何计算？

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概念辨析

CPU time 指的是计算机处理器在执行一个特定程序时花费的时间，也就是程序在处理器上实际运行的时间。

Clock time（也称为 wall time 或 real time）指的是程序从开始执行到结束所花费的时间，包括了等待资源、I/O 操作等等与 CPU 时间无关的时间。

Real time（也称为 wall time 或 clock time）指的是从开始执行程序到程序完成所花费的时间，包括了 CPU 时间和与 CPU 时间无关的时间。

Wall time（也称为 clock time 或 real time）和 Real time 意义相同，都是指程序从开始执行到结束所花费的时间，包括了 CPU 时间和与 CPU 时间无关的时间。

关于CPU time的疑惑

1. 与 CPU 时间无关的时间包括但不限于以下几个方面：

• 等待 I/O 操作完成的时间，例如从磁盘读取数据或向网络发送数据时需要等待的时间。
• 等待其他进程或线程执行完成的时间，例如等待一个子进程完成或等待一个锁的释放。
• 等待用户输入的时间，例如在一个命令行程序中等待用户输入命令的时间。
• 等待操作系统分配资源的时间，例如等待操作系统为程序分配内存或其他资源的时间。
• 等待程序运行所需的其他进程或服务的启动时间，例如等待数据库服务启动完成的时间。

这些因素都可以增加程序的 Wall time（或 clock time），但它们并不会增加程序的 CPU 时间。

2.CPU time分为user cpu time 和system cpu time?

CPU time 通常分为两种类型：

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• User CPU time：指的是程序在用户模式下执行时花费的 CPU 时间，也就是在执行应用程序的代码时所花费的时间。
• System CPU time：指的是程序在内核模式下执行时花费的 CPU 时间，也就是在执行操作系统内核代码时所花费的时间。例如，进行系统调用、分配内存等操作都需要在内核模式下执行。

因此，CPU time 可以分解为 User CPU time 和 System CPU time 两个部分。通常，程序的 CPU time 包括这两个部分的总和。

怎么计算CPU time 和Clock time

1.fortran语言中

在 Fortran 程序中，可以使用 Fortran 标准库中的 CPU_TIME 函数来计算程序的 CPU time，以及可以使用系统调用 SYSTEM_CLOCK 函数来获取当前的系统时间。

program time   implicit none   real :: st1, et1, runt1, runt2   integer*4 :: st2, et2, count_rate   integer :: i, j, k, m      call system_clock(st2, count_rate)   call cpu_time(st1)   do i = 1, 1000     do j = 1, 1000       m = m + (2 * i2) / 5     end do   end do   call cpu_time(et1)   call system_clock(et2, count_rate)   runt1 = et1 - st1   runt2 = (et2 - st2) * 1.0 / count_rate   print *, 'program running for ', runt1, ' s based on cpu'   print *, 'program running for ', runt2, ' s based on system' end program time

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其实Clock time也可以这么写：

讯享网program example   implicit none   integer :: clock_counts, clock_counte, clock_rate   real :: clock_time      ! 获取时钟频率   call system_clock(count_rate=clock_rate)      ! 获取程序开始执行时的时钟计数   call system_clock(count=clock_counts)      ! 程序的代码部分   ! ...      ! 获取程序结束时的时钟计数   call system_clock(count=clock_counte)      ! 计算时钟时间的差值，单位为秒   clock_time = (clock_counte -  clock_counts)  / real(clock_rate)      print *, "Clock time:", clock_time end program example

在上述代码中，SYSTEM_CLOCK 函数返回的计数值是 CPU 计时器的值，通常用时钟周期数（clock counts）来表示。由于不同计算机的计时器可能有不同的分辨率，因此需要先调用 SYSTEM_CLOCK 函数获取时钟频率（即计时器每秒的计数数目）并除以该频率以将时钟周期转换为秒数。

2.C语言中

#include <stdio.h> #include <time.h> int main() {     clock_t start, end;     double cpu_time, clock_time;     // 获取程序开始执行时的 clock 时间     start = clock();     // 程序的代码部分     // ...     // 获取程序结束时的 clock 时间     end = clock();     // 计算 CPU 时间和 clock 时间的差值     cpu_time = ((double) (end - start)) / CLOCKS_PER_SEC;     clock_time = ((double) (end - start)) / (double) CLK_TCK;     printf("CPU time: %f seconds\n", cpu_time);     printf("Clock time: %f seconds\n", clock_time);     return 0; }

其中clock time 也可以这样算：

讯享网#include <stdio.h> #include <time.h> int main() {     time_t start, end;     double wall_time_used;     start = time(NULL); // 记录开始时间     // 程序的主要代码     int sum = 0;     int i;     for (i = 1; i <= ; i++) {         sum += i;     }     end = time(NULL); // 记录结束时间     wall_time_used = difftime(end, start);     printf("Wall time used: %f seconds\n", wall_time_used);     return 0; }

3.在python语言中

在 Python 中，可以使用 time 模块来计算程序的 CPU 时间和 Wall Clock 时间。

import time # 获取程序开始执行时的 CPU 时间和 Wall Clock 时间 start_cpu = time.process_time() start_clock = time.perf_counter() # 程序的代码部分 # ... # 获取程序结束时的 CPU 时间和 Wall Clock 时间 end_cpu = time.process_time() end_clock = time.perf_counter() # 计算 CPU 时间和 Wall Clock 时间的差值 cpu_time = end_cpu - start_cpu clock_time = end_clock - start_clock print(f"CPU time: {cpu_time} seconds") print(f"Clock time: {clock_time} seconds")

4.linux系统中

在 Linux 系统中，可以使用命令行工具 time 来计算程序的 CPU time 和 wall time（即 clock time 或 real time）。具体使用方式为在命令行前加上 time 命令，例如：

讯享网time ./my_program.exe

该命令会输出程序的 CPU 时间、wall time 和其它统计信息。注意，time 命令实际上是运行了一个外部命令，因此它只能计算该命令的执行时间，而不能直接计算一个函数或程序的 CPU 时间和 wall time。

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