如何輕松地對 C 代碼進行基准測試？

Question

是否有一個簡單的庫來對執行一部分 C 代碼所需的時間進行基准測試？ 我想要的是這樣的：

int main(){
    benchmarkBegin(0);
    //Do work
    double elapsedMS = benchmarkEnd(0);

    benchmarkBegin(1)
    //Do some more work
    double elapsedMS2 = benchmarkEnd(1);

    double speedup = benchmarkSpeedup(elapsedMS, elapsedMS2); //Calculates relative speedup
}

如果該庫讓您進行多次運行，對它們進行平均並計算時間差異，那也會很棒！

Answer 1

使用time.h定義的函數clock() ：

startTime = (float)clock()/CLOCKS_PER_SEC;

/* Do work */

endTime = (float)clock()/CLOCKS_PER_SEC;

timeElapsed = endTime - startTime;

Answer 2

基本上，您只需要一個高分辨率計時器。 經過的時間當然只是時間的差異，加速比是通過除以每個任務的時間來計算的。 我已經包含了一個高分辨率計時器的代碼，它至少應該在 windows 和 unix 上工作。

#ifdef WIN32

#include <windows.h>
double get_time()
{
    LARGE_INTEGER t, f;
    QueryPerformanceCounter(&t);
    QueryPerformanceFrequency(&f);
    return (double)t.QuadPart/(double)f.QuadPart;
}

#else

#include <sys/time.h>
#include <sys/resource.h>

double get_time()
{
    struct timeval t;
    struct timezone tzp;
    gettimeofday(&t, &tzp);
    return t.tv_sec + t.tv_usec*1e-6;
}

#endif

Answer 3

輕松對 C 代碼進行基准測試

#include <time.h>

int main(void) {
  clock_t start_time = clock();

  // code or function to benchmark

  double elapsed_time = (double)(clock() - start_time) / CLOCKS_PER_SEC;
  printf("Done in %f seconds\n", elapsed_time);
}

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多線程 C 代碼的簡單基准測試

如果要對多線程程序進行基准測試，首先需要仔細查看時鍾：

描述

clock() 函數返回程序使用的處理器時間的近似值。

返回值

返回的值是目前使用的 CPU 時間作為clock_t； 要獲得使用的秒數，除以 CLOCKS_PER_SEC。 如果使用的處理器時間不可用或其值無法表示，則函數返回值 (clock_t)(-1)

因此，將 elapsed_time 除以線程數以獲得函數的執行時間非常重要：

#include <time.h>
#include <omp.h>

#define THREADS_NB omp_get_max_threads()

#pragma omp parallel for private(i) num_threads(THREADS_NB)
clock_t start_time = clock();

// code or function to benchmark

double elapsed_time = (double)(clock() - start_time) / CLOCKS_PER_SEC;
printf("Done in %f seconds\n", elapsed_time / THREADS_NB); // divide by THREADS_NB!

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例子

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <omp.h>

#define N 20000
#define THREADS_NB omp_get_max_threads()

void init_arrays(double *a, double *b) {
  memset(a, 0, sizeof(a));
  memset(b, 0, sizeof(b));
  for (int i = 0; i < N; i++) {
    a[i] += 1.0;
    b[i] += 1.0;
  }
}

double func2(double i, double j) {
  double res = 0.0;

  while (i / j > 0.0) {
    res += i / j;
    i -= 0.1;
    j -= 0.000003;
  }
  return res;
}

double single_thread(double *a, double *b) {
  double res = 0;
  int i, j;
  for (i = 0; i < N; i++) {
    for (j = 0; j < N; j++) {
      if (i == j) continue;
      res += func2(a[i], b[j]);
    }
  }
  return res;
}

double multi_threads(double *a, double *b) {
  double res = 0;
  int i, j;
  #pragma omp parallel for private(j) num_threads(THREADS_NB) reduction(+:res)
  for (i = 0; i < N; i++) {
    for (j = 0; j < N; j++) {
      if (i == j) continue;
      res += func2(a[i], b[j]);
    }
  }
  return res;
}

int main(void) {
  double *a, *b;
  a = (double *)calloc(N, sizeof(double));
  b = (double *)calloc(N, sizeof(double));
  init_arrays(a, b);

  clock_t start_time = clock();
  double res = single_thread(a, b);
  double elapsed_time = (double)(clock() - start_time) / CLOCKS_PER_SEC;
  printf("Default:  Done with %f in %f sd\n", res, elapsed_time);

  start_time = clock();
  res = multi_threads(a, b);
  elapsed_time = (double)(clock() - start_time) / CLOCKS_PER_SEC;
  printf("With OMP: Done with %f in %f sd\n", res, elapsed_time / THREADS_NB);
}

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編譯：

gcc -O3 multithread_benchmark.c -fopenmp && time ./a.out

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輸出：

Default:  Done with 2199909813.614555 in 4.909633 sd
With OMP: Done with 2199909799.377532 in 1.708831 sd

real    0m6.703s (from time function)

Answer 4

在 POSIX 中，嘗試getrusage 。 相關參數為 RUSAGE_SELF，相關字段為 ru_utime.tv_sec 和 ru_utime.tv_usec。

Answer 5

可能有現有的實用程序可以幫助解決這個問題，但我懷疑大多數會使用某種采樣或可能的注入。 但是要對代碼的特定部分進行計時，您可能必須像示例中所示那樣添加對計時器的調用。 如果您使用的是 Windows，則高性能計時器可以工作。 我回答了一個類似的問題，並展示了可以做到這一點的示例代碼。 Linux 也有類似的方法。