c - 程序运行时间测量不一致

Question

我正在做简单的测试来测量我的程序的执行时间。所以我写了一个简单的程序，有 2 个循环，每个循环迭代 N 次和 2N 次。我预计第二个循环需要大约两倍的时间，但当 N=1000000 时结果相反。

我已经测试了好几次，在另一台机器上得到了相同的结果。为什么会这样？

我的代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/time.h>

long long sum;

int main(int argc, char **argv)
{
    int i;
    long elapsed;
    struct timeval start, end;

    i = atoi(argv[1]);
    sum = 0;
    gettimeofday(&start, NULL);
    while (i--)
        sum += i;
    gettimeofday(&end, NULL);

    elapsed = (end.tv_sec - start.tv_sec) * 1000000;
    elapsed += (end.tv_usec - start.tv_usec);
    printf("1st loop : %ld\n", elapsed);

    i = 2 * atoi(argv[1]);
    sum = 0;
    gettimeofday(&start, NULL);
    while (i--)
        sum += i;
    gettimeofday(&end, NULL);

    elapsed= (end.tv_sec - start.tv_sec) * 1000000;
    elapsed+= (end.tv_usec - start.tv_usec);
    printf("2nd loop : %ld\n", elapsed);
    return 0;
}

一些测试结果

[arch:test] $ ./a.out 10
1st loop : 0
2nd loop : 0
[arch:test] $ ./a.out 100
1st loop : 1
2nd loop : 1
[arch:test] $ ./a.out 1000
1st loop : 7
2nd loop : 14
[arch:test] $ ./a.out 10000
1st loop : 73
2nd loop : 146
[arch:test] $ ./a.out 100000
1st loop : 725
2nd loop : 1448
[arch:test] $ ./a.out 1000000
1st loop : 5369   <-- always greater than 2nd loop
2nd loop : 3536
[arch:test] $ ./a.out 10000000
1st loop : 20203
2nd loop : 34434
[arch:test] $ ./a.out 100000000
1st loop : 174058
2nd loop : 339812
[arch:test] $ ./a.out 1000000000
1st loop : 1709652
2nd loop : 3392287

测试环境gcc 8.2.1，编译选项 -O0在 ubuntu 或 arch linux 上的结果相同，但在带有 cygwin 的 Windows 10 上则不同

Answer 1

您可能刚刚遇到第 1 次或第 2 次重新安排，而运行第一个循环的一半首当其冲。 gettimeofday 应该使用实时时钟，所以花在上下文切换上的时间确实算在内。当您下一次运行 10 倍以上的迭代时，上下文切换的次数应该增加大约 10 倍，因此如果一半的人比另一半多进行一次上下文切换，平均而言不会产生太大的差异。

我无法很好地重现您的结果，但是如果我使用 time -v 运行可执行文件，那么会显示上下文切换次数，然后是第一个和第二个循环的时间当上下文切换次数为 2 次时(第 2 次上下文切换)，它们是最接近的。