在開發(fā)完程序后可能需要對(duì)程序進(jìn)行性能評(píng)估，比方說(shuō)運(yùn)行速度和內(nèi)存占用在不同輸入和參數(shù)情況下的表現(xiàn)。在 Linux 使用 GNU time 可以很輕松地測(cè)量到這些指標(biāo)，為什么說(shuō) GNU time 呢？因?yàn)橄到y(tǒng)可能有 2 個(gè) time 命令，一個(gè)是 shell 內(nèi)置的，一個(gè)是 GNU time 命令，后者路徑往往是 /usr/bin/time 可通過(guò)路徑調(diào)用。

# shell 內(nèi)置 time 
$ type time
time is a shell keyword

# GNU time
$ which time
/usr/bin/time

兩個(gè) time 命令的輸入格式都是：

time [option ...] command [argument ...]

即 time 命令本身 + time 命令參數(shù) + 要測(cè)量的命令（程序）及其參數(shù)。

直接調(diào)用 time 命令時(shí)可能會(huì)調(diào)用到 shell 內(nèi)置的，建議使用 /usr/bin/time 路徑調(diào)用。

# shell 內(nèi)置 time 
$ time echo "just test"
just test

real    0m0.000s
user    0m0.000s
sys 0m0.000s

# GNU time
$ /usr/bin/time echo "just test"
just test
0.00user 0.00system 0:00.00elapsed 50%CPU (0avgtext+0avgdata 1792maxresident)k
0inputs+0outputs (0major+80minor)pagefaults 0swaps

GNU time 默認(rèn)輸出格式為：

%Uuser %Ssystem %Eelapsed %PCPU (%Xtext+%Ddata %Mmax)k
%Iinputs+%Ooutputs (%Fmajor+%Rminor)pagefaults %Wswaps

可通過(guò) -f 參數(shù)修改輸出格式，如：

$ /usr/bin/time -f "%e elapsed %E user" echo "just test"
just test
0.00 elapsed 0:00.00 user

使用 -v 參數(shù)報(bào)告所有統(tǒng)計(jì)信息，我一般是這么用的，因?yàn)橐话?benchmark 都是要進(jìn)行大量不同條件的測(cè)試，而且要有重復(fù)。不如輸出所有統(tǒng)計(jì)保存到文件，再寫個(gè)腳本去匯總統(tǒng)計(jì)。

$ /usr/bin/time -v echo "just test"
just test
    Command being timed: "echo just test"
    User time (seconds): 0.00
    System time (seconds): 0.00
    Percent of CPU this job got: 100%
    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): 1792
    Average resident set size (kbytes): 0
    Major (requiring I/O) page faults: 0
    Minor (reclaiming a frame) page faults: 81
    Voluntary context switches: 1
    Involuntary context switches: 0
    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

其中 "Maximum resident set size" 指命令最大內(nèi)存占用；"Elapsed (wall clock) time" 是命令現(xiàn)實(shí)的耗時(shí)；"User time" 和 "System time" 加起來(lái)是 CPU time。

內(nèi)存占用多進(jìn)程問(wèn)題
如果使用多進(jìn)程要注意最大內(nèi)存占用是否是所有進(jìn)程的加總，下面用一個(gè)測(cè)試腳本說(shuō)明可能的問(wèn)題，用 GNU time 測(cè)量結(jié)果與 psutil 測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。

將下面代碼寫入 MemoryTest.py 文件，代碼定義一個(gè) use_memory 函數(shù)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)包含 1000000 隨機(jī)浮點(diǎn)數(shù)的列表。然后分別測(cè)試使用和不使用多進(jìn)程時(shí)最大內(nèi)存占用。

import multiprocessing
import random
import time

def use_memory(i):
    random.seed(1001)
    random_list = [random.random() for _ in range(1000000)]
    time.sleep(10)
    return None

# 非多進(jìn)程測(cè)試時(shí)使用
use_memory(0)

# 多進(jìn)程測(cè)試時(shí)使用
with multiprocessing.Pool(4) as poool:
    poool.map(use_memory, range(4))

使用 time 命令測(cè)試不使用多進(jìn)程的結(jié)果如下：

$ /usr/bin/time -f %M python MemoryTest.py 
403584

默認(rèn)單位為 Kbytes。

使用多進(jìn)程（4 進(jìn)程）的結(jié)果：

$ /usr/bin/time -f %M python MemoryTest.py 
401632

兩個(gè)結(jié)果相近，這不符合預(yù)期，莫非 time 只是測(cè)量一個(gè)子進(jìn)程，沒(méi)有給所有的加總處理？

作為對(duì)比，寫一個(gè) GetMemory.py 腳本，腳本里使用 psutil 每隔 1 秒對(duì)命令測(cè)量一次內(nèi)存占用，并輸出最大的占用值。

import psutil
import subprocess
import time

def peak_memory(process: psutil.Process) -> int:
    rss = process.memory_info().rss
    for child_process in process.children():
        rss += child_process.memory_info().rss
    return rss

if __name__ == "__main__":
    run_cmd = subprocess.Popen(["python", "MemoryTest.py"])
    process = psutil.Process(run_cmd.pid)

    max_memory = 0
    # 只要 MemoryTest.py 沒(méi)結(jié)束就每隔 1 秒鐘測(cè)量一次內(nèi)存占用
    while run_cmd.poll() is None:
        each_memory = peak_memory(process)
        if each_memory > max_memory:
            max_memory = each_memory
        time.sleep(1)
    
    print(f"Peak Memory (Kbytes): {int(max_memory / 1024)}")

腳本使用 poll 函數(shù)檢測(cè)命令是否完成，不使用 psutil 的 is_running 函數(shù)，因?yàn)樵?while 循環(huán)使用后者，會(huì)導(dǎo)致命令完成后由于主程序未接受退出狀態(tài)并處理，命令變成 zombie 狀態(tài)。由于 psutil.Process 是跟 pid 綁定的，而系統(tǒng) pid 是會(huì)被重復(fù)使用的，所以用這個(gè)模塊要注意操作。

使用 psutil 測(cè)量時(shí)，不使用多進(jìn)程結(jié)果：

$ python GetMemory.py 
Peak Memory (Kbytes): 403712

跟之前使用 time 測(cè)量結(jié)果相近。

使用多進(jìn)程結(jié)果：

$ python GetMemory.py 
Peak Memory (Kbytes): 1620840

大小約是不使用多進(jìn)程的 4 倍，這也是設(shè)置的進(jìn)程數(shù)，看起來(lái)是合理的。