C++使用getrusage测内存时如何重置ru_maxrss峰值统计

背景 #

在个人数值物理项目开发中，需要对比同一问题下不同算法实现的内存占用表现。前期调研得知，引入<sys/resource.h>头文件后可调用getrusage()接口，通过返回结构体的ru_maxrss字段获取进程最大内存使用量，该接口的已知使用限制不会影响本次测试需求。
初始基准测试逻辑为遍历不同的参数N取值，分别统计各算法的运行耗时与内存占用，代码结构如下：

int minN = 6;
int maxN = 16;
std::chrono::steady_clock::time_point start;
std::chrono::steady_clock::time_point finish;

std::cout << "Naive:" << std::endl;
for (int N = minN; N <= maxN; N+=2) {
    struct rusage usage{};
    start = std::chrono::steady_clock::now(); 
    //do work...
    finish = std::chrono::steady_clock::now();
    int ret = getrusage(RUSAGE_SELF, &usage);

    long time_ns = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(finish - start).count();
    long max_ram_byte = usage.ru_maxrss;
    std::cout << "N = " << N << ", time = " << time_ns/1e9 << " s, ram = " << max_ram_byte << " KB" << std::endl;
}

测试遇到的问题 #

测试时发现核心缺陷：ru_maxrss统计的是进程从启动到调用时刻全生命周期的峰值内存占用，大内存对象离开作用域释放内存后，该统计值不会回落。一旦程序运行到内存占用较高的测试用例、触达全局内存峰值后，后续所有测试用例读取到的ru_maxrss都会固定为该历史峰值，内存统计结果完全失效。
典型失效测试输出如下：

Naive:
N = 6, time = 0.022541 s, ram = 8028 KB
N = 8, time = 0.0234674 s, ram = 65360 KB
N = 10, time = 0.373676 s, ram = 135284 KB
N = 12, time = 21.7536 s, ram = 631792 KB
Magnetization:
N = 6, time = 0.000166585 s, ram = 631792 KB
N = 8, time = 0.00158378 s, ram = 631792 KB
N = 10, time = 0.022255 s, ram = 631792 KB
N = 12, time = 0.405172 s, ram = 631792 KB
Momentum:
N = 6, time = 0.000175482 s, ram = 631792 KB
N = 8, time = 0.000766058 s, ram = 631792 KB
N = 10, time = 0.00658272 s, ram = 631792 KB
N = 12, time = 0.0728279 s, ram = 631792 KB
Parity:
N = 8, time = 0.000986243 s, ram = 631792 KB
N = 12, time = 0.0528302 s, ram = 631792 KB
Spin Inversion:
N = 8, time = 0.00111167 s, ram = 631792 KB
N = 12, time = 0.050363 s, ram = 631792 KB

初始疑问 #

明确该特性是getrusage()的设计逻辑后，提出三个问题：

• 是否存在方法可以重置ru_maxrss的峰值统计值？
• 若无法重置，是否有无需依赖专用基准测试库、可在程序内部直接调用的简易内存占用测量方案？
• ru_maxrss字段的返回值单位是字节（B）还是千字节（KB）？在N=8测试场景中，存储了包含65536个double类型元素的矩阵作为内存占用主体，预期占用约65536字节；按照接口文档说明返回值单位为KB，但测试得到的65360数值与预期字节数意外接近，需要确认该字段的单位规则，以及数值接近是否仅为巧合。

最终实现方案 #

目前已通过解析/proc/self/stat文件实现了符合需求的内存测量，可供后续开发者参考：

注意：stat文件的第24项rss字段单位为内存页，将其值乘以4096即可得到近似的内存占用字节数
实现代码如下：

std::cout << "Naive:" << std::endl;
for (int N = minN; N <= maxN; N+=2) {
    start = std::chrono::steady_clock::now();
    // do work...
    finish = std::chrono::steady_clock::now();
    std::ifstream statFile("/proc/self/stat");
    std::string statLine;
    std::getline(statFile, statLine);
    std::istringstream iss(statLine);
    std::string entry;
    long long memUsage;
    for (int i = 1; i <= 24; i++) {
        std::getline(iss, entry, ' ');
        if (i == 24) {
            memUsage = stoi(entry);
        }
    }

    long time_ns = std::chrono::duration_cast<std::chrono::nanoseconds>(finish - start).count();
    std::cout << "N = " << N << ", time = " << time_ns/1e9 << " s, ram = " << 4096*memUsage/1e9 << " GB" << std::endl;
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Max Maschke