Linux【9】-进程管理4-6--测量命令的执行时间或者系统资源的使用情况--time
time：测量命令的执行时间或者系统资源的使用情况
这里我们要学习的 time 命令是用来测量 Linux 程序执行时间的命令，而不是用来显示系统时间的命令。不是吧，这也太分裂了吧，那显示系统时间的命令是什么呢？是 date，马上百度一下，你就清楚了。
Linux 手册中是这样介绍 time 命令的：“time a simple command or give resource usage”，即测量命令的执行时间，或者给出系统资源的使用情况。
一、time 的简单用法
如果你想查看一条命令（比如 ls）到底执行了多长时间，我们可以这样做：
[roc@roclinux ~]$ time ls
program public_html repo rocscm
real 0m0.002s
user 0m0.002s
sys 0m0.000s
看到没有，执行时间一下子就统计出来了。但输出内容中有三个统计时间，real、user 和 sys，它们都代表什么含义呢？哪个才是 ls 命令的执行时间呢？下面我们就一起来看看这三个统计时间。
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(1) real：从进程 ls 开始执行到完成所耗费的 CPU 总时间。该时间包括 ls 进程执行时实际使用的 CPU 时间，ls 进程耗费在阻塞上的时间（如等待完成 I/O 操作）和其他进程所耗费的时间（Linux 是多进程系统，ls 在执行过程中，可能会有别的进程抢占 CPU）。
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(2) user：进程 ls 执行用户态代码所耗费的 CPU 时间。该时间仅指 ls 进程执行时实际使用的 CPU 时间，而不包括其他进程所使用的时间和本进程阻塞的时间。
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(3) sys：进程 ls 在内核态运行所耗费的 CPU 时间，即执行内核系统调用所耗费的 CPU 时间。
现在，我们应该对这三个时间非常清楚了吧。ls 命令的真正执行时间是多少？答案就是 user+sys 的时间，但一般情况下，real=user+sys，因而我们就使用 real 的时间作为 ls 的执行时间了（注意，这里会有几个坑，我们将在后面进行介绍）。
好了，time 的最基本用法介绍完毕，就这么简单。
二、消失的时间
上面说 real 时间中会有几个坑，下面我们就来详细地看一看。
2.1 情景一：
[roc@roclinux ~]$ time sudo find / -name php.ini
real 0m0.193s
user 0m0.076s
sys 0m0.115s
咦，是我数学不好，还是命令执行出错了呢？为什么 0.193s(real)>0.076s(user)+0.115s(sys)，而不是相等呢？哈哈，同学，你挺细心的嘛。这既不是你的数学不好，也不是命令执行出错，而是我们对命令执行时间的理解有几个误区。
误区一：real_time=user_time+sys_time
如果你认为上面的等式一定成立的话，那么请你再理解一下前面关于 real、user 和 sys 的介绍。在前面的表述中，real time 是包含了其他进程的执行时间和进程阻塞时间的，而 usr time+sys time 显然是不包括其他进程的执行时间和进程阻塞时间的。因此，real_time>user_time+sys_time 是非常有可能的。
误区二：real_time>user_time+sys_time
根据上面的分析，这个关系式应该是成立的吧？嘿嘿，不一定哟。一般来说，在单核 CPU 系统中，这个关系式是成立的，但如果我们的系统是多核 CPU 的话，而有些程序是能够同时利用到多核 CPU 的计算能力的，在这种情况下这个关系式就不成立了。
程序利用多核 CPU 的计算能力，可以并行地处理多项事务。就像一件工作，原来是一个 CPU 核去做，现在是两个 CPU 核并行做，那么完成同样工作所花费的总时间是 user_time+sys_time，而两个人并行做却能够在更短的时间内完成，耗时为 real_time。因此，这种情况下，便出现了 real_time<user_time+sys_time 的情况。
误区三：real_time<user_time+sys_time
多核情况下，real_time<user_time+sys_time 是成立的，那单核呢？显然是 real_time>user_time+sys_time。
上面的三个误区有点绕，但结论很重要，就是 real_time 和 user_time+sys_time 的大小关系不是恒久不变的，你需要了解你的 Linux 服务器，是单核，还是多核，这样才能正确地确定它们的关系。
2.2 情景二：
[roc@roclinux ~]$ time sudo find / -name mysql.sh
/etc/profile.d/mysql.sh
real 0m6.776s
user 0m1.101s
sys 0m1.363s
我们执行 find/-name mysql.sh 搜索文件的命令，显示的命令耗时是 6.776 秒。
如果我们再执行一次完全相同的命令：
[roc@roclinux ~]$ time sudo find / -name mysql.sh
/etc/profile.d/mysql.sh
real 0m3.059s
user 0m1.189s
sys 0m1.435s
咦，怎么 real 的时间缩减到了 3.059 秒了，生生少了 3 秒多钟，这又是怎么回事呢？为什么同样的命令在第二次执行时快这么多呢？
这个现象跟 Linux 操作系统的运行原理有关，find 命令在第一次执行后，系统会对一些文件做缓存，在第二次执行时，就正好使用到了这些缓存中的数据，因此执行速度就变快了很多。
看过这个示例后，如果仍有同学不问青红皂白地抱怨 time 命令的计时误差大，那可真是冤枉 time 啦。
三、更强大的time
time 的 man 手册中说，它不仅可以测量运行时间，还可以测量内存、I/O 等的使用情况，但为什么上面示例中的 time 命令的结果中却没有显示出这些信息呢？难道是 man 手册出现了错误？
NO，NO，NO（重要的事情要说三遍），其实上面使用的 time 真的是“巧妇难为无米之炊”，我们之前所用的 time 命令是 Bash 的内置命令，功能比较弱；而更强大的 time 命令隐藏在 /usr/bin/ 目录下，这个命令才是世外高人。
如果我们在 /user/bin/ 中并没有找到传说中那个强大的 time 命令，那么应该是没有安装 time 这个工具，安装方法也很简单：
[root@roclinux ~]# yum install time
安装完成后，我们就一起来见识 time 命令的庐山真面目吧！我们特意在 time 命令前加了一个斜线（\），就是为了调用那个强大的 time 命令，而非 Bash 内置的 time 命令。
[root@roclinux ~]# \time ls
bin dev lib media proc seLinux tmp
boot etc lib64 mnt root srv usr
cgroup home lost+found opt sbin sys var
0.00user 0.00system 0:00.00elapsed 0%CPU (0avgtext+0avgdata 956maxresident)k
0inputs+0outputs (0major+289minor)pagefaults 0swaps
请注意输出内容中的最后两行，打印了很多指标数据，但似乎有点晦涩难懂。这时我们可以使用一个 -v 选项，这样可以打印出更详细的信息。
[root@roclinux /]# \time -v ls
bin dev lib media proc seLinux tmp
boot etc lib64 mnt root srv usr
cgroup home lost+found opt sbin sys var
Command being timed: "ls"
User time (seconds): 0.00
System time (seconds): 0.00
Percent of CPU this job got: 0%
Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:00.00
Average shared text size (kbytes): 0
Average unshared data size (kbytes): 0
Average stack size (kbytes): 0
Average total size (kbytes): 0
Maximum resident set size (kbytes): 956
Average resident set size (kbytes): 0
Major (requiring I/O) page faults: 0
Minor (reclaiming a frame) page faults: 292
Voluntary context switches: 1
Involuntary context switches: 1
Swaps: 0
File system inputs: 0
File system outputs: 0
Socket messages sent: 0
Socket messages received: 0
Signals delivered: 0
Page size (bytes): 4096
Exit status: 0
注意，上面的 Elapsed（wall clock）time（h：mm：ss or m：ss）：0：00.00，值是 0，难道执行 ls 命令没有消耗时间？
非也，事情的真相是这样的：在 time 命令的输出中，Elapsed time 是通过系统调用 gettimeofday 获取到的结束时间和起始时间相减得到的。因此，time 对于运行时间较短的任务计时时，会产生一定误差。time 命令输出的时间统计精度基本在 10 毫秒级。
原来是精度的问题啊，少于 10 毫秒的程序，真的是连 time 也无法精确计时。
3.1 time 命令输出指标介绍
time 命令可以显示的资源共有三大项，分别是：时间、内存和 I/O。下面来具体看看 time 命令都显示了哪些指标数据。
(1) 时间
| 指 标 | 含 义 |
|---|---|
| Elapsed (wall clock) time | 执行命令所花费的时间，格式是：[hour]:minute:second |
| System time | 命令执行时在内核模式所花费的时间，单位是秒 |
| User time | 命令执行时在使用者模式所花费的时间，单位是秒 |
| Percent of CPU this job got | 命令执行时 CPU 的占用比例。 |
| 其实这个数字就是内核模式的 CPU 时间加上使用者模式的 CPU 时间除以总时间 |
(2) 内存
| 指 标 | 含 义 |
|---|---|
| Maximum resident set size | 执行程序所占用内存的最大值。单位是 KB |
| Average resident set size | 执行程序所占用内存的平均值，单位是 KB |
| Average total size | 执行程序所占用的内存总量（stack+data+text）的平均大小， 单位是 KB |
| Average unshared data size | 执行程序所占用的私有数据区（unshared data area）的平均 大小，单位是 KB |
| Average stack size | 执行程序所占用的私有堆栈（unshared stack）的平均大小， 单位是 KB |
| Average shared text size | 执行程序间共享内容（shared text）的平均值，单位是 KB |
| Page size | 系统内存页的大小，单位是 byte。对于同一个系统来说，这 是个常数 |
(3) I/O
| 指 标 | 含 义 |
|---|---|
| Major (requiring I/O) page faults | 此程序的主要内存页错误发生的次数。所谓的主要内存页错误是指某一内存页己经詈换到 SWAP 分区中，又被其他程序使用过，该页的内容必须从 SWAP 分区里再读出来才能使用 |
| Minor (reclaiming a frame) page faults | 此程序的次要内存页错误发生的次数。所谓的次要内存页错误是指某一内存页虽然己经詈换到 SWAP 中，但尚未被其他程序使用。此时该页的内容并未 被破坏，不必从 SWAP 分区里读出来即可直接使用 |
| Swaps | 此程序被交换到 SWAP 分区的次数 |
| Involuntary context switches | 此程序被强迫中断（如 CPU 时间耗尽）的次数 |
| Voluntary context switches | 此程序自愿中断（I/O 执行完毕，磁碟读取完成等）的次数 |
| File system inputs | 此程序所输入的文件数 |
| File system outputs | 此程序所输出的文件数 |
| Socket messages received | 此程序所收到的 Socket Message |
| Socket messages sent | 此程序所送出的 Socket Message |
| Signals delivered | 此程序所收到的信号数 |
| Exit status | 命令退出状态 |
参考资料
