Linux进程与子进程用户/系统时间统计的技术疑问

以下是基于APUE示例8.31的代码，用于统计每个传入命令的进程自身及子进程的用户态（user）/内核态（sys）时间：

#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/times.h>

void do_cmd(int, const char *);
void pr_times(clock_t, clock_t, struct tms *, struct tms *);

int main (int argc, char *argv[]) {
        long clktck = 0;

        clktck=sysconf(_SC_CLK_TCK);

        for (int i=1; i<argc; i++)
                do_cmd(clktck, argv[i]);

        exit (0);
}

void do_cmd(int clktck, const char *cmd) {
        struct tms      tmsstart, tmsend;
        clock_t         start, end;

        start=times(&tmsstart);
        system(cmd);
        end = times(&tmsend);

        printf("command:%s\n", cmd);
        pr_times(clktck, end-start, &tmsstart, &tmsend);
        printf("\n");

}

void pr_times(clock_t clktck, clock_t real, struct tms *start, struct tms *end) {
        printf("real:%7.2f\n",  real/(double)clktck);
        printf("user:%7.2f\n",  (end->tms_utime - start->tms_utime) / (double)clktck); // this line
        printf("sys:%7.2f\n",   (end->tms_stime - start->tms_stime) / (double)clktck);  // and this line
        printf("cuser:%7.2f\n", (end->tms_cutime- start->tms_cutime)/ (double)clktck);
        printf("csys:%7.2f\n",  (end->tms_cstime- start->tms_cstime)/ (double)clktck);
}

技术问询 #

通过system()函数执行命令的方案中，统计得到的user和sys时间是否可能大于0？若可能，触发场景是什么？还是因为命令以子进程形式执行，这两个值始终为0？

测试执行命令：

./a.out "sleep 10" "find / -name a* 1>/dev/null 2>&1" 'bash -c "for ((i=0;i<1000000;i++)); do :; done;" '

解答 #

user和sys时间有可能大于0，并非始终为0，原因和触发场景如下：

1. system()的内部实现逻辑
   system()的标准实现流程是：

• 父进程调用fork()创建子进程，这一步是系统调用，会消耗父进程的内核态时间（计入sys）；
• 父进程调用wait()等待子进程结束，wait()本身的系统调用开销也会算入sys时间；
• 如果system()的实现中包含用户态的处理逻辑（比如参数校验、错误处理的用户态代码），这部分会贡献user时间。

2. 实际触发场景

• 当频繁执行system()调用时，fork()和wait()的系统开销会累积，导致sys时间明显大于0；
• 若传入的命令需要shell做复杂的字符串解析、变量扩展（比如带大量通配符、脚本逻辑的命令），system()在调用shell的过程中，父进程的少量用户态前置处理也可能产生非零的user时间；
• 即使是单次简单命令执行，fork()和wait()的系统调用也会带来微小的sys时间增量（可能因时钟分辨率问题在输出中显示为0.00，但实际非零）。

简单来说，统计的user/sys时间是当前进程（即我们的程序进程）自身的耗时，和子进程的耗时无关——子进程的时间会被统计到cuser和csys字段中。只要当前进程在执行system()的过程中有用户态或内核态的操作，这两个值就可能大于0。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tahzibi.jafar