计算机组成课自制模板副本Word文档下载推荐.docx

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5.2分析213

5.3分析314

一、实验目标

一.1目标1

学习使用Linux系统命令time查看程序执行时间；

一.2目标2

学习使用Linux系统工具perf查看程序执行中的性能事件；

一.3目标3

学习使用clock（）函数和gettimeofday（）函数记录程序执行的CPU时间和实际时间。

二、实验条件

二.1条件1

实验机器CPU配置：

Inter（R）Pentium（R）DualCPUT2390@1.86GHz1.87GHz

内存配置：

2.00GB

二.2条件2

操作系统名称和版本号：

Ubuntu14.04

内核版本号：

Linux3.13.0-19-generic

GCC版本号：

GCC4.8

三、实验内容

内容

3.1编写一个矩阵相乘的C程序，矩阵大小n根据实验机器性能自行设置，建议为5000。

相乘部分的参考代码如下所示：

用GCC编译后运行，检查程序运行是否正确；

3.2用Linux系统命令time获取所编写的矩阵相乘程序运行时间（包括用户时间，系统时间，实际时间），建议重复30次并计算平均值作为结果；

3.3用Linux系统工具perf获取所编写的矩阵相乘程序运行中的性能事件（包括CPU时钟周期数，指令数），建议重复30次并计算平均值作为结果；

3.4用clock（）和gettimeofday（）函数获取矩阵相乘程序运行时间（包括CPU时间和总时间），建议重复30次并计算平均值作为结果。

四、实验记录

4.1.矩阵相乘程序源代码（juzhen.c）

#include<

stdio.h>

stdlib.h>

time.h>

sys/time.h>

#defineN1000

intmain（intargc（）,char*argv[]）

{

intdiff;

structtimevalkaishi;

structtimevaljieshu;

gettimeofday（&

kaishi,NULL）;

clock_tstart,end;

doublealltime;

start=clock（）;

staticinta[N][N],b[N][N],c[N][N];

intk,i,j,r;

srand（（unsigned）time（NULL））;

for（j=0;

j<

N;

j++）

for（i=0;

i<

i++）

c[i][j]=0;

}}

printf（"

juzhen1:

\n"

）;

for（k=0;

k<

k++）

a[k][j]=rand（）%10+1;

%d\t"

a[k][j]）;

b[i][k]=rand（）%10+1;

b[i][k]）;

{r=a[i][k];

c[i][j]+=r*b[k][j];

}

juzhenzhiji"

{printf（"

c[j][i]）;

end=clock（）;

jieshu,NULL）;

alltime=（double）（end-start）/CLOCKS_PER_SEC;

usingclock（）:

timeis:

%F\n"

alltime）;

diff=1000000*（jieshu.tv_sec-kaishi.tv_sec）+jieshu.tv_usec

-kaishi.tv_usec;

usinggettimeofday（）:

thedifferenceis%ld"

diff）;

return0;

4.2.GCC编译命令文本

gcc–Walljuzhen–otest

4.3.time指令：

time./test

部分截图：

矩阵大小：

100*100

（说明：

由于1000*1000的矩阵操作在本机器上操作会引起堆栈溢出，为了实验的正常运行，我把矩阵大小设置为100*100）

time命令重复次数：

20次。

每次测试输出结果如下表：

次数

real（s）

uer（s）

sys（s）

1

0.083

0.010

0.011

11

0.098

0.019

0.029

2

0.092

0.012

0.032

12

0.023

3

0.085

0.013

13

0.095

0.028

4

0.114

0.015

0.016

14

0.101

0.017

5

0.091

0.030

15

0.102

6

0.089

0.034

16

0.014

0.021

7

0.099

0.024

17

0.093

8

0.090

18

0.087

9

19

0.031

10

20

0.108

平均real

（s）

平均user（s）

平均sys

表4.1time命令输出结果

四.1perf指令文本

安装指令：

apt-getinstalllinux-source

对test进行性能分析：

perfstat./test

例如：

在终端输入

root@ubuntu-test:

~# 

perfstat 

./

结果为：

1. 

Performancecounterstats 

for 

'

./t1'

:

2. 

218.584169task-clock#0.997CPUsutilized 

3. 

18context-switches#0.000M/sec 

4. 

0CPU-migrations#0.000M/sec 

5. 

82page-faults#0.000M/sec 

6. 

771,180,100cycles#3.528GHz 

7. 

<

not 

counted>

stalled-cycles-frontend 

8. 

stalled-cycles-backend 

9. 

550,703,114instructions#0.71insnspercycle 

10. 

110,117,522branches#503.776M/sec 

11. 

5,009branch-misses#0.00% 

of 

allbranches 

12. 

0.219155248secondstimeelapsed

查看当前系统最耗时的内核函数或某个用户进程指令：

perftop

1000*1000

Perf命令重复次数：

30

输出结果截图：

实验结果

指令数

周期数

51936597215

42934597215

52184491716

43364159683

51840163525

433869187789

51254492900

43378437832

51567678224

434532863113

52465822858

42456753420

51343563747

424859384878

52233542910

43214873721

51586958349

425868890402

52309184775

43284583123

51546788544

421898510939

21

52143325425

43246621093

51003445634

423894859431

22

52483909647

42342335422

51455799356

430287810439

23

52483859549

43283985539

51436709945

439023983822

24

52458932854

43348759210

51459884036

424894884584

25

52349328855

43784939217

51348859588

432985485455

26

52438398445

43019842871

51456539842

424838258585

27

52484598545

43187892988

51548954005

434942454434

28

51198498104

43128959714

51467884326

425412453929

29

51021839845

43187580321

51334789328

432845934412

52489485952

43128394725

表4.2指令数（instructions）和周期数（cycles）

四.2clock（）和gettimeofday（）测量CPU时间和总时间

clock（）源代码：

intmain（intargc,char*argv[]）;

doublealltime；

Clock_tstart,end;

（程序）

End=clock（）；

printf（“usingclock（）:

timeis:

%f\n”,alltime）;

gettimeofday（）源代码：

#include<

diff=1000000*（jieshu.tv_sec-kaishi.tv_sec）+jieshu.tv_useckaishi.tv_usec;

-

printf（“usinggettimeofday（）:

thedifferenceis%ld”,diff）;

重复次数：

30

次

数

CPU时间（s）

总时间（s）

41.196368

63.361790

41.278289

63.281018

42.167642

63.278378

41.372229

63.957981

42.491841

62.278167

41.277636

64.478321

41.351207

63.619723

41.167356

62.378219

41.278214

63.317684

40.563522

62.962499

42.478923

63.275845

41.993781

63.878947

42.374873

63.287638

42.278147

63.238187

42.475823

63.217848

42.187841

63.237621

42.178429

63.270872

42.728187

63.827816

41.273430

63.847864

41.398173

63.178941

43.278471

62.178981

41.237824

62.782781

42.178745

63.842198

43.217642

63.878915

41.273849

63.178814

42.287381

64.179715

43.264789

62.176548

41.237837

62.167467

42.170972

62.298174

43.183283

62.217845

五、实验分析

五.1分析1

本次实验中，第一件事是写代码。

我设置了三个矩阵（第一、二组数据需要设置，第个矩阵为前两个矩阵之积），为了方便修改数组大小，我采取了宏定义的方式；

为了快速产生前两个数组的数据，我采取了随机数法。

五.2分析2

使用time系统命令时，我没有用静态数组，所以当我将矩阵大小设置成1000时导致了堆栈溢出，于是我用100*100的矩阵完成了实验。

之后，我将矩阵大小设置为1000，完成之后的实验。

每次时间都是63秒钟左右，大约是其他同学的十分之一。

我想有两方面的原因。

1，电脑硬件配置较低。

2.程序时间复杂度大，程序没有优化好。

5.3分析3

1.Linux系统命令time给出的用户时间，系统时间，实际时间分别是什么含义；

用户时间（Usertime）　　表示CPU执行用户进程的时间，包括nices时间。

通常期望用户空间CPU越高越好。

系统时间（Systemtime）表示CPU在内核运行时间，包括IRQ和softirq时间。

系统CPU占用率高，表明系统某部分存在瓶颈。

通常值越低越好。

　等待时间（Waitingtime）　　CPI在等待I/O操作完成所花费的时间。

系统部应该花费大量时间来等待I/O操作，否则就说明I/O存在瓶颈。

2.Linux系统工具perf获取的性能事件CPU时钟周期数，指令数是什么含义；

指令数（instructions）：

任务执行期间产生的处理器指令数。

CPU时钟周期数（cycles）：

任务消耗的处理器周期数

3.clock（）和gettimeofday（）函数获取的CPU时间和总时间是什么含义；

4.clock（）用来返回进程所占用CPU的大约时间，而gettimeofday（）会把目前的时间（从为从1970年1月1日至今的秒数）用tv所指的结构返回,当地时区的信息则放到tz所指的结构中.成功则返回0,失败返回－1,错误代码存于errno.为了测出程序运行所用总时间，需要把实验运行开始和结束的差表示出来。

5.实验中各种方法获得的计时相关数值分别是什么精度，相互之间有什么关系？

指令数和CPU周期数都是整数。

CPU时间和总时间都是六位小数。

函数time（）计算real，user，以及sys都是三位小数。

但是用gettimeofday（）计算出的是1970年开始的时间，显然不够准确。

Clock（）为ms级别，对于短时间内的定时或者延时可以达到ms级别，对于时间较长的定时或者延迟精度还是不够。