如何在C++中获取Linux进程的高精度real/user/sys时间？

核心需求 #

• 模拟time命令的输出效果，统计一段代码的实际时间（real）、用户态CPU时间（user）、内核态CPU时间（sys）
• 要求user/sys时间的分辨率至少达到1ms，替代仅提供10ms分辨率的times()函数

可行接口方案 #

1. 使用<sys/resource.h>中的getrusage()函数 #

这是Posix标准接口，能提供远高于times()的CPU时间统计分辨率：

• 函数原型：int getrusage(int who, struct rusage *usage);
• 传入RUSAGE_SELF可获取当前进程的资源使用数据
• struct rusage中的ru_utime（用户态时间）和ru_stime（内核态时间）为struct timeval类型，包含秒和微秒（μs）级数据，完全满足1ms分辨率要求

2. 结合C++11 chrono获取real时间 #

real时间即墙钟时间，推荐用std::chrono::steady_clock（不受系统时间调整影响）实现：

• 通过steady_clock::now()记录计时的起始和结束点，计算差值即可得到精确的real时间

完整示例代码 #

#include <iostream>
#include <chrono>
#include <sys/resource.h>
#include <cstdio>

class Timer {
public:
    void start() {
        // 记录墙钟起始时间
        real_start = std::chrono::steady_clock::now();
        // 记录初始CPU时间数据
        getrusage(RUSAGE_SELF, &start_usage);
    }

    void stop() {
        // 记录墙钟结束时间
        real_end = std::chrono::steady_clock::now();
        // 记录结束CPU时间数据
        getrusage(RUSAGE_SELF, &end_usage);
    }

    // 模拟time命令格式输出统计结果
    void print() {
        // 计算real时间（转换为秒，保留三位小数）
        auto real_us = std::chrono::duration_cast<std::chrono::microseconds>(real_end - real_start).count();
        double real_sec = real_us / 1e6;

        // 计算user态时间
        double user_sec = (end_usage.ru_utime.tv_sec - start_usage.ru_utime.tv_sec) +
                          (end_usage.ru_utime.tv_usec - start_usage.ru_utime.tv_usec) / 1e6;

        // 计算sys态时间
        double sys_sec = (end_usage.ru_stime.tv_sec - start_usage.ru_stime.tv_sec) +
                         (end_usage.ru_stime.tv_usec - start_usage.ru_stime.tv_usec) / 1e6;

        printf("real    %.3fs\n", real_sec);
        printf("user    %.3fs\n", user_sec);
        printf("sys     %.3fs\n", sys_sec);
    }

private:
    std::chrono::steady_clock::time_point real_start, real_end;
    struct rusage start_usage, end_usage;
};

// 测试用耗时函数
void test_task() {
    for (long long i = 0; i < 1e9; ++i) {
        __asm__ volatile("nop");
    }
}

int main() {
    Timer timer;
    timer.start();
    test_task();
    timer.stop();
    timer.print();
    return 0;
}

关键说明 #

• Linux 2.6及以上内核版本已支持getrusage()的微秒级统计，完全覆盖1ms分辨率需求
• 若需统计子进程的CPU时间，可传入RUSAGE_CHILDREN到getrusage()，但仅能统计已终止的子进程数据
• steady_clock是单调时钟，不会因系统时间修改（如NTP同步）出现时间回退，比system_clock更适合计时场景

内容的提问来源于stack exchange，提问作者rob