Вопрос или проблема
Я сомневаюсь, что правильно понимаю вывод, получаемый при выполнении команды GNU time. Теперь мне интересно, что на самом деле означает процент использования CPU.
На macOS я установил утилиту GNU time gtime с помощью Homebrew и выполнил очень простую команду, чтобы проверить ее работу:
/usr/local/bin/gtime -f '\ntime: system %S user %U elapsed %e CPU %P \nstat: %x' echo hi
hi
time: system 0.00 user 0.00 elapsed 0.00 CPU 100%
stat: 0
Я выполнил более простую команду, используя ту же утилиту с меньшим количеством параметров:
/usr/local/bin/gtime echo hi
hi
0.00user 0.00system 0:00.00elapsed 75%CPU (0avgtext+0avgdata 676maxresident)k
0inputs+0outputs (1major+420minor)pagefaults 0swaps
В man-странице указано:
%S системное (ядро) время в секундах
%P процент CPU, который использовала эта задача
%U пользовательское время в секундах
Означает ли это, что команда была неэффективной, используя 100% CPU, или это означает, что она очень эффективна, или ни то, ни другое.
Я выполнил несколько других, гораздо более сложных shell-скриптов, используя gtime, и они показывают диапазон CPU 5% – CPU 9%, что заставило меня задать этот вопрос.
На macOS %CPU указывает, какой процент времени программное обеспечение использовало на CPU в течение периода, охватимого измерением. Он измеряется относительно одного ядра CPU, поэтому 100% означает 100% одного ядра. Вы можете видеть значения свыше 100%, так как все современные CPU имеют несколько ядер.
Меньшие числа означают, что использовалось меньше времени CPU, что хорошо с точки зрения управления ресурсами, но это измерение само по себе недостаточно для определения эффективности вашего программного обеспечения, так как у вас нет с чем его сравнивать.
Например, если у вас есть один алгоритм сортировки, который отсортировал набор данных за 10 секунд, используя 100% ядра CPU в это время, это всего лишь одна точка данных. Был ли этот алгоритм эффективным или нет? Кто знает?! Но если вы получите вторую точку данных, переключившись на другой алгоритм, и он отсортирует тот же исходный набор данных за 5 секунд, используя 100% ядра CPU в это время, вы теперь знаете, что первый алгоритм не был настолько эффективен, как мог бы быть.
Зная, что однопоточное приложение использует 100% ядра CPU, можно сделать вывод, что выполняемая работа зависит от CPU. То есть, оно не ждет чтения или записи данных в ОЗУ, на носитель, в сеть или на другое устройство ввода-вывода; единственное, что мешает ему работать быстрее, это объем работы, которую ему нужно выполнить на CPU, и тот факт, что оно не распределяет свою работу на другие ядра CPU.
Если у вас есть однопоточное программное обеспечение, которое никогда не использует 100% CPU, это означает, что выполняемая работа не ограничена мощностью ядра CPU. Возможно, она ограничена другими факторами, такими как доступная ОЗУ, или ожиданием ввода-вывода. Или может быть, это просто тихий фоновый процесс, который что-то мониторит, а не что-то, предназначенное для обработки больших объемов данных как можно быстрее.
Ответ или решение
Параметр "%CPU" в выводе команды GNU time является важным индикатором использования процессора программой в процентном выражении. Он показывает, какую долю времени процессор был занят выполнением данной задачи, относительно одного ядра процессора.
В вашем случае, когда вы видите значение 100% для команды echo hi, это означает, что задача использовала 100% времени одного ядра в течение общего времени выполнения программы, которое составило 0.00 секунд. Следует отметить, что несмотря на то, что команда echo выполняется мгновенно и не выполняет значительной работы, вывод 100% CPU указывает на то, что при ее выполнении использовалось все доступное время одного ядра процессора в рамках измерения.
Однако, при выполнении более сложных скриптов с использованием gtime, вы наблюдали значения от 5% до 9%. Это говорит о том, что в процессе выполнения этих скриптов процессор не использовался в полной мере и, возможно, был ограничен другими факторами, такими как ввод-вывод (I/O), доступность оперативной памяти или другие процессы, которые могли влиять на общее время выполнения.
Необходимо понимать, что использование 100% процессора не всегда является плохим знаком. В случае, если приложение (или скрипт) является однопоточным и использует 100% одного ядра, это может указывать на то, что работа CPU-bound — программа активно использует процессор и не ожидает завершения операций ввода-вывода. Однако, если ваше приложение постоянно использует меньше 100% процессора, это не обязательно плохой индикатор. Возможно, оно не предназначено для интенсивной обработки данных и работает как фоновый процесс, который требует минимальной нагрузки на ресурс.
Для оценки эффективности программного обеспечения важно рассмотреть не только процент использования CPU, но и контекст выполнения. Например, если вы сравниваете два различных алгоритма сортировки, и один из них выполняется за 10 секунд с использованием 100% одного ядра, а другой — за 5 секунд с аналогичным использованием, это уже позволяет делать выводы о сравнительной эффективности выбранных алгоритмов.
В общем, процент использования CPU — это полезный, но не единственный показатель для оценки производительности программ. Чтобы получить более полное представление о том, насколько эффективно программное обеспечение использует ресурсы, необходимо учитывать и другие метрики, такие как время выполнения, объем обрабатываемых данных и характер операций (CPU-bound или I/O-bound).