c - 如何在运行时使用 POSIX clock() 函数监视 CPU 利用率？

Question

是否有任何可靠的方法可以让程序在运行时测量其 CPU 利用率？

我可能必须使用 POSIX clock()来自 time.h 的函数.这个想法是首先使用几毫秒来设置空闲 CPU 负载(步骤 A)，然后是满 CPU 负载(步骤 B)，然后启动程序并不断调用 clock()。因此，我可以计算 CPU 利用率相对于计算的步骤 A 和步骤 B 来监视 CPU 利用率的百分比。我假设忽略所有其他后台进程。

但是，我不确定如何只使用 C89 和 POSIX 正确地实现这些步骤 A 和步骤 B，比如 idle() 和 full_load() 函数？

Answer 1

当您说“full_load”时，您只需要一个 CPU 或负载下的虚拟核心，一个简单的紧密循环就可以解决问题。当然，它不会使用芯片上的所有晶体管(即，我们不是在谈论“满载”的老化测试)，但它会在它从 CPU 获得的预定时间片中使用，使用所有可用的时钟周期，没有系统调用，这些系统调用会放弃对内核的控制，并可能导致执行线程被重新安排以供稍后使用。您也可以使用带有信号处理程序的警报来退出循环。这样一来，您就可以让循环运行大约一秒的执行时间(警报不是完全准确的时间......它们很接近，但不会下降到时钟周期)。

此外，对于“空闲”负载部分，您可以做同样的事情，但使用 sigsuspend() 而不是紧密循环，这将等待警报响起。

因此您的代码可能如下所示:

#include <signal.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>
#include <stdio.h>

static sig_atomic_t alarm_flag = 1;

void alarm_handler(int arg)
{
    alarm_flag = 0;
}

clock_t idle()
{
    //setup the alarm flag
    alarm_flag = 1;

    //setup the signal masks
    sigset_t old_signal_set;
    sigset_t new_signal_set;

    sigemptyset(&old_signal_set);
    sigemptyset(&new_signal_set);

    //block the alarm signal
    sigaddset(&new_signal_set, SIGALRM);
    sigprocmask(SIG_BLOCK, &new_signal_set, &old_signal_set);

    //setup the alarm
    alarm(1);

    clock_t time_before = clock();

    //sit idle while we wait for the alarm to go off
    while(alarm_flag)
        sigsuspend(&old_signal_set);

    clock_t time_after = clock();

    //restore the old signal mask
    sigprocmask(SIG_SETMASK, &old_signal_set, NULL);

    return time_after - time_before;
}

clock_t full_load()
{
    //set the alarm signal
    alarm_flag = 1;

    //set the 1-second alarm
    alarm(1);

    clock_t time_before = clock();

    //loop until the alarm goes off
    while(alarm_flag);

    clock_t time_after = clock();

    return time_after - time_before;
}

int main()
{
    //setup the signal handler for the alarm
    sigset(SIGALRM, alarm_handler);

    //call the functions
    clock_t idle_time = idle();
    clock_t load_time = full_load();

    //... do whatever else you need to-do with this info
    printf("Idle Time: %d\n", (int)idle_time);
    printf("Load Time: %d\n", (int)load_time);

    return 0;
}

请记住，根据 POSIX 标准，clock_t 值的时基应该是每秒 100 万个时钟，因此您应该看到“full_load”返回的数字“这接近于该数字，因为我们将“满载”大约一秒钟。空载应该很小(当然)。这是我在 Mac Pro 上生成的数字:

Idle Time: 31
Load Time: 1000099

因此，就知道您可能会看到从 clock() 返回了多少个时钟周期而言，这似乎与您正在寻找的内容有些一致。我当然会多次运行此程序并取平均值以获得更好的方差指标。