最近在使用 time 命令時，無意間發現了一些隱藏的小祕密和強大功能，今天分享給大家。
time 在 Linux 下是比較常用的命令，可以幫助我們方便的計算程式的執行時間，對比採用不同方案時程式的執行效能。看似簡單的命令，其實蘊藏著很多細節和技巧，來跟著肖邦一起學習吧。
1 基礎用法詳解
先來看下最基礎的用法，也可能是大家最常見的用法了
root@chopin:~$ time find . -name "chopin.txt"
......
real 0m0.174s
user 0m0.084s
sys 0m0.084s
可以很清楚看到，find 命令執行的時間為 0.174s，是不是很簡單，很方便呢
不過，time 命令輸出了三個引數，我們只用到了第一個引數，其它兩個引數代表什麼含義呢？
這裡我來解釋一下：
real：表示的是牆上時間，說白了，其實就是從程式執行開始到結束所經歷的時間； user：表示程式執行期間，cpu 在使用者態所花費的時間； sys：表示程式執行期間，cpu 在核心態所花費的時間；
細心的讀者會發現，上述案例中的 user + sys 不等於 real，這是怎麼回事呢？
其實上邊解釋的 user 和 sys，是 cpu 執行指令所消耗的時間，並不包含：程式阻塞 IO、排程排隊，這些非 cpu 執行時間。
案例中 find 執行查詢檔案過程中，會有磁碟 IO 讀取，這時 cpu 會被釋放出來幹別的事情，這些 IO 消耗的時間，是不包含在 user 和 sys 統計資料中，所以就出現了 real 時間大於 user + sys 了。
再通過一個示例來驗證並加強我們的理解
root@chopin:~$ time sleep 2
real 0m2.001s
user 0m0.000s
sys 0m0.000s
可以清楚地看到，sleep 命令基本上沒有消耗 cpu，程式真實的執行時間就是 2 秒
那我們是不是可以得出如下結論了呢:
real >= user + sys
其實這個結論在單個 cpu 情況下，是正確的。
如果伺服器是多個 cpu，你的程式正好可以將多個 cpu 充分利用起來，程式執行期間是多核心並行的，那麼 user + sys 統計的 cpu 時間可能就會大於 real 時間啦
所以這 3 個時間之間的關係並不是恆定的，你需要清楚的瞭解伺服器是否為多個核心。
其實，通過統計到的 cpu 消耗時間，我們也可以大概知道，程式執行期間 cpu 利用情況。對於單核，計算密集型的程式，real 會很接近 user 和 sys 時間之和的。
Tips：有些同學可能對作業系統可能不太熟悉，這裡簡單科普下核心態和使用者態的基本概念
Linux 為使系統更穩定，採取了隔離保護的措施，執行狀態分為核心態和使用者態：
使用者態：使用者程式碼不具備直接訪問底層資源的能力，需要藉助核心提供的系統呼叫 API。在這種隔離保護下，即使使用者程式崩潰，也不會影響整個系統的功能。 核心態：核心程式碼具備最大許可權，可執行任意 cpu 指令，不受任何限制。核心態通常是作業系統提供的最底層、最可靠的程式碼執行的，核心態的程式碼崩潰是災難性的，影響整個系統的正常執行。
2 你執行的可能是假time
time 還有其它功能嗎？看一下幫助文件吧
root@chopin:~$ time --help
--help: command not found
real 0m0.129s
user 0m0.084s
sys 0m0.036s
竟然報錯，將 --help 當成了命令來執行了，難道 time 就這麼點能耐嗎？
好吧，我也不賣關子了，直接說答案：你執行的可能是假time。你可能有點懵逼，怎麼就假的了。
其實在 Linux 系統上，使用 time 時，你可能會遇到三種版本：
# 1. Bash
time is a shell keyword
# 2. Zsh
time is a reserved word
# 3. GNU time
time is /usr/bin/time
我們當前 Shell 是 Bash，可以通過 type 命令
root@chopin:~$ type time
time is a shell keyword
可以看到，我們剛才執行的 time 是 Shell 的內建命令，如果你用的是 zsh，預設使用的 time 也是對應內建命令。
GNU time 命令路徑是 /usr/bin/time，一般的 Linux 發行版都帶有這個命令，它才是我們今天的豬腳。
3 更強大的功能
GNU time 命令提供了更強大的功能：
更詳細的統計資訊 更豐富的格式輸出 支援儲存統計資料到檔案
下邊我們來學習寫 GNU time 的使用
1. 最簡單的用法
root@chopin:~$ /usr/bin/time sleep 2
0.00user 0.00system 0:02.00elapsed 0%CPU (0avgtext+0avgdata 1784maxresident)k
0inputs+0outputs (0major+72minor)pagefaults 0swaps
使用 GNU time 命令，直接使用絕對路徑即可，我們可以看到輸出資訊更多了，不過格式有點醜，後邊會講如何自定義格式。
2. 保持內建 time 的輸出樣式
有同學會問，能輸出內建 Shell 那種的格式麼？可以的，使用 -p 選項即可
root@chopin:~$ /usr/bin/time -p sleep 2
real 2.00
user 0.00
sys 0.00
3. 輸出更詳細的資訊
還可以輸出更加詳細的資訊，讓你對程式執行資訊一目瞭然。請使用 -v 選項
root@chopin:~$ /usr/bin/time -v sleep 2
Command being timed: "sleep 2"
User time (seconds): 0.00
System time (seconds): 0.00
Percent of CPU this job got: 0%
Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:02.00
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): 1804
Average resident set size (kbytes): 0
Major (requiring I/O) page faults: 0
Minor (reclaiming a frame) page faults: 71
Voluntary context switches: 1
Involuntary context switches: 1
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
這裡詳細介紹下 time 命令輸出各項指標
（一）時間相關
（二）記憶體相關
（三）IO 相關
4. 統計資訊輸出到檔案
如果你希望將 time 統計的資訊輸出到檔案，可以使用 -o 選項
root@chopin:~$ /usr/bin/time -v -o a.txt sleep 2
統計資訊直接儲存到了 a.txt，如果你希望統計資訊能夠追加到檔案，可以額外加 -a 選項
5. 自定義格式輸出
如果命令中內建的輸出格式，不符合你的需求，GNU time 可以支援自定義輸出格式，通過選項 -f 可以各種指標引數
/usr/bin/time -f "real %e\nuser %U\nsys %S\n" sleep 1
real 1.00
user 0.00
sys 0.00
具體支援的格式，貼心的肖邦已經幫你整理好了
這些格式引數太多了，平時大部分情況用不到，可以收藏起來，以便後期使用時可以快速參考。
4 效能分析中的作用
看到這麼多系統引數指標，難免會有同學會感到疑惑，這些引數能幹什麼呀？
其實這些指標，對應到作業系統 cpu、記憶體、IO 這幾方面。深刻的理解了這些指標引數，可以幫助你從本質上把握程式的執行情況，甚至可以協助你分析程式的效能瓶頸。
下邊我簡單解釋幾個概念，希望能起到拋磚引玉的作用。
（一）CPU 時間
cpu 時間包括：real、user、sys，當 user + sys >= real 時，說明該程式是計算密集型；當 user + sys 遠小於 real 時，說明存在較多的 IO 等待。
（二）上下文切換
平時所說的上下文，是指程式的執行環境，包括當時的暫存器值、記憶體堆疊等資訊，核心根據上下文完全恢復一個被打斷的程式任務。
當執行系統呼叫、程式切換時，都會產生上下文切換。切換上下文時，作業系統需要為程式儲存和恢復上下文資訊。
上下文切換分為主動和被動兩種，主動上下文切換多，說明存在較多的阻塞呼叫；被動上下文切換說明 cpu 使用率高。
當上下文切換過多時，意味著較多的 cpu 時間花費在上下文切換上，導致 cpu 處理程式任務的有效時間大大減少。
（三）缺頁異常
次缺頁異常較多，說明程式的記憶體佈局相對合理，命中率高；當主缺頁異常較多時，說明程式對記憶體的訪問跳躍性大，命中率低。
處理缺頁異常和切換上下文的時間，不包含在 user 和 sys 中，當發現 user + sys 遠小於 real 時，則很可能大部分時間都消耗在這些地方，需要重點分析這兩點。
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