SLP（Chapter 10 part 1）：性能评估 / 性能测试

1 基础知识

性能优化对象：瓶颈 bottleneck / Hot spot（需要很长时间执行的代码段）

优化过程

2 Performance Principles (法则)

2.1 80/20定律 (Pareto Principle)

80%的CPU时间花在20%的代码上

Amdahl定律 -

• 用于查找对系统整体性能提声最大的部分优化。
  
• 用于算并行计算的最大加速比

  部分优化E使一个运行时间为P的部分加速S倍，其他部分速度不变
  整体加速比 = 优化前的时间 / 优化后的时间 = 1 / ((1-P）+ P/S)

3 Performance Measurement 性能评估 / 测试（对时间）

3.1 计时级制 Timing mechanism

（1）Time时间

时间用于：测量事件序列；量化事件的持续时间和间隔

Why 在计算机系统中需要时间？

1. 硬件、操作系统都需要时间和计时器。
2. 衡量程序性能，如执行时间

计算机系统里的两种时间

1. Wall time：运行特定程序所需的总时间。（包含空闲等与用于进程无关的时间）
   
2. CPU时间
   User CPU time + System CPU time = CPU time
   

时间片 time slice

时钟单元，在某状态的最小停留时间

（2）Timer 计时器

硬件/软件都有，用于测量时间

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

• RTC（Real Time CMOS Clock，实时时钟/外部晶振实时时钟）
  1. CMOS RAM：存储时间、配置
  2. 低功率电池
  3. 用于启动过程
  4. 后台一直刷新
  5. 物理原理：晶体震荡产生时钟频率
     == 主频 main frequency / 时钟频率 Clock frequency：每秒周期数的倒数==
• PIT (Programmable Interval Timer 可编程间隔定 时器)
  计数器生成输出信号，可能会触发中断
• PIC (Programmable Interrupt Controller，中断控制器)
• TSC (Time Stamp Counter 时间戳计数器)
  1. TSC从RTC收到CLK signal
  2. 是64位寄存器，计算周期数（使用longlong）
  3. 使用RDTSC访问寄存器的值（纳秒级访问）
  4. Windows中的接口，QueryPerformanceFrequency / QueryPerformanceCounter访问（微秒级访问）参数是一个64位整型的地址
     

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

• DWORD GetTickCount(void); //自上次启动系统以来经过的毫秒数，每 49.7 天循环一次
  从 RTC 读取，然后转换
• 系统时间：参数是SYSTEMTIME类型的地址
  GetLocalTime() //当地时间
  GetSystemTime() //格林威治时间
• 生存期：参数是LARGE_INTERGER(64bits)的地址，用成员QuadPart访问值
  GetSystemTimeAsFileTime()
  Win - 1601.1.1 | Linux – 1970.1.1
  
  

C/C++（如C的<time.h>）

==Macro宏 CLOCKS_PER_SEC = 1000 ==

1. clock()返回的单位是ms，需要除以CLOCK_PER_SECOND得到s
2. localtime / gmtime: 参数是time_t，返回值是struct tm类型指针，转换为本地时间，或格林威治时间
   用asctime函数将其返回值转换成字符串输出
3. time_t, clock_t都是long
4. struct tm

Statistical sampling (抽样统计) / Profiling (分析)

对采样过程使用概率定律测量程序状态。

计时器定期中断程序，并且记录程序计数器
- 估计程序在程序中花费的时间
- 检查程序是否将大部分时间花费在几个位置

优点：节约时间、成本很低
缺点：可能不能检查到所有风险

4 Profiler (评测器)

软件探查器 Software profiler
一种程序，用于对一个或多个过程代码的执行进行基准测试，以帮助用户了解在代码执行方面花费的时间。

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

Profiler用于:
帮助程序员识别
• 计划的哪些部分是瓶颈导致缓慢。• 代码的哪些部分被调用的频率高。

MFLOPS: million floating point operations巨型浮点操作
性能可能用：每秒的MFLOPS数衡量