SLP（Chapter 10 part 1）：性能評估 / 性能測試

1 基礎知識

性能優化對象：瓶頸 bottleneck / Hot spot（需要很長時間執行的代碼段）

優化過程

2 Performance Principles (法則)

2.1 80/20定律 (Pareto Principle)

80%的CPU時間花在20%的代碼上

Amdahl定律 -

• 用於查找對系統整體性能提聲最大的部分優化。
  
• 用於算並行計算的最大加速比

  部分優化E使一個運行時間爲P的部分加速S倍，其他部分速度不變
  整體加速比 = 優化前的時間 / 優化後的時間 = 1 / ((1-P）+ P/S)

3 Performance Measurement 性能評估 / 測試（對時間）

3.1 計時級制 Timing mechanism

（1）Time時間

時間用於：測量事件序列；量化事件的持續時間和間隔

Why 在計算機系統中需要時間？

1. 硬件、操作系統都需要時間和計時器。
2. 衡量程序性能，如執行時間

計算機系統裏的兩種時間

1. Wall time：運行特定程序所需的總時間。（包含空閒等與用於進程無關的時間）
   
2. CPU時間
   User CPU time + System CPU time = CPU time
   

時間片 time slice

時鐘單元，在某狀態的最小停留時間

（2）Timer 計時器

硬件/軟件都有，用於測量時間

硬件中（如 Intel Architecture, 32/X86, 8253）

• RTC（Real Time CMOS Clock，實時時鐘/外部晶振實時時鐘）
  1. CMOS RAM：存儲時間、配置
  2. 低功率電池
  3. 用於啓動過程
  4. 後臺一直刷新
  5. 物理原理：晶體震盪產生時鐘頻率
     == 主頻 main frequency / 時鐘頻率 Clock frequency：每秒週期數的倒數==
• PIT (Programmable Interval Timer 可編程間隔定 時器)
  計數器生成輸出信號，可能會觸發中斷
• PIC (Programmable Interrupt Controller，中斷控制器)
• TSC (Time Stamp Counter 時間戳計數器)
  1. TSC從RTC收到CLK signal
  2. 是64位寄存器，計算週期數（使用longlong）
  3. 使用RDTSC訪問寄存器的值（納秒級訪問）
  4. Windows中的接口，QueryPerformanceFrequency / QueryPerformanceCounter訪問（微秒級訪問）參數是一個64位整型的地址
     

OS中（如 Windows, GetTickCount() | Linux, jiffies ）

• DWORD GetTickCount(void); //自上次啓動系統以來經過的毫秒數，每 49.7 天循環一次
  從 RTC 讀取，然後轉換
• 系統時間：參數是SYSTEMTIME類型的地址
  GetLocalTime() //當地時間
  GetSystemTime() //格林威治時間
• 生存期：參數是LARGE_INTERGER(64bits)的地址，用成員QuadPart訪問值
  GetSystemTimeAsFileTime()
  Win - 1601.1.1 | Linux – 1970.1.1
  
  

C/C++（如C的<time.h>）

==Macro宏 CLOCKS_PER_SEC = 1000 ==

1. clock()返回的單位是ms，需要除以CLOCK_PER_SECOND得到s
2. localtime / gmtime: 參數是time_t，返回值是struct tm類型指針，轉換爲本地時間，或格林威治時間
   用asctime函數將其返回值轉換成字符串輸出
3. time_t, clock_t都是long
4. struct tm

Statistical sampling (抽樣統計) / Profiling (分析)

對採樣過程使用概率定律測量程序狀態。

計時器定期中斷程序，並且記錄程序計數器
- 估計程序在程序中花費的時間
- 檢查程序是否將大部分時間花費在幾個位置

優點：節約時間、成本很低
缺點：可能不能檢查到所有風險

4 Profiler (評測器)

軟件探查器 Software profiler
一種程序，用於對一個或多個過程代碼的執行進行基準測試，以幫助用戶瞭解在代碼執行方面花費的時間。

GNU Gprof – Linux
Vtune - Intel
Visual C++ profiler
Valgrind for different platforms

Profiler用於:
幫助程序員識別
• 計劃的哪些部分是瓶頸導致緩慢。• 代碼的哪些部分被調用的頻率高。

MFLOPS: million floating point operations巨型浮點操作
性能可能用：每秒的MFLOPS數衡量