大家好，我是肖邦，這是我的第 16 篇原創文章。
最近在使用
time
指令時，無意間發現了一些隐藏的小秘密和強大功能，今天分享給大家。
time
在 Linux 下是比較常用的指令，可以幫助我們友善的計算程式的運作時間，對比采用不同方案時程式的運作性能。看似簡單的指令，其實蘊藏着很多細節和技巧，來跟着肖邦一起學習吧。
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 0m0.174suser 0m0.084ssys 0m0.084s 可以很清楚看到，find 指令執行的時間為 0.174s，是不是很簡單，很友善呢
不過，
time
指令輸出了三個參數，我們隻用到了第一個參數，其它兩個參數代表什麼含義呢？
這裡我來解釋一下：
- real：表示的是牆上時間，說白了，其實就是從程式運作開始到結束所經曆的時間；
- user：表示程式運作期間，cpu 在使用者态所花費的時間；
- sys：表示程式運作期間，cpu 在核心态所花費的時間；
細心的讀者會發現，上述案例中的 user + sys 不等于 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，并不包含：程序阻塞 IO、排程排隊，這些非 cpu 運作時間。
案例中 find 執行查找檔案過程中，會有磁盤 IO 讀取，這時 cpu 會被釋放出來幹别的事情，這些 IO 消耗的時間，是不包含在 user 和 sys 統計資料中，是以就出現了 real 時間大于 user + sys 了。
再通過一個示例來驗證并加強我們的了解
root@chopin:~$ time sleep 2real 0m2.001suser 0m0.000ssys 0m0.000s 可以清楚地看到，sleep 指令基本上沒有消耗 cpu，程式真實的運作時間就是 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，是正确的。
如果伺服器是多個 cpu，你的程式正好可以将多個 cpu 充分利用起來，程式運作期間是多核心并行的，那麼 user + sys 統計的 cpu 時間可能就會大于 real 時間啦
是以這 3 個時間之間的關系并不是恒定的，你需要清楚的了解伺服器是否為多個核心。
通過統計到的 cpu 消耗時間，我們也可以大概知道，程式運作期間 cpu 利用情況。對于單核，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态和使用者态的基本概念
Linux 為使系統更穩定，采取了隔離保護的措施，運作狀态分為核心态和使用者态：
- 使用者态：使用者代碼不具備直接通路底層資源的能力，需要借助核心提供的系統調用 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。
- 核心态：核心代碼具備最大權限，可執行任意 cpu 指令，不受任何限制。核心态通常是作業系統提供的最底層、最可靠的代碼運作的，核心态的代碼崩潰是災難性的，影響整個系統的正常運作。
2 你運作的可能是假time
time
還有其它功能嗎？看一下幫助文檔吧
root@chopin:~$ time --help--help: command not foundreal 0m0.129suser 0m0.084ssys 0m0.036s 竟然報錯，将
--help
當成了指令來執行了，難道
time
就這麼點能耐嗎？
好吧，我也不賣關子了，直接說答案：你運作的可能是假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. Bashtime is a shell keyword# 2. Zshtime is a reserved word# 3. GNU timetime is /usr/bin/time 我們目前 Shell 是 Bash，可以通過 type 指令
root@chopin:~$ type timetime is a shell keyword 可以看到，我們剛才執行的
time
是 Shell 的内置指令，如果你用的是 zsh，預設使用的
time
也是對應内置指令。
GNU time 指令路徑是 /usr/bin/time，一般的 Linux 發行版都帶有這個指令，它才是我們今天的豬腳。
3 更強大的功能
GNU time 指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 20.00user 0.00system 0:02.00elapsed 0%CPU (0avgtext+0avgdata 1784maxresident)k0inputs+0outputs (0major+72minor)pagefaults 0swaps 使用 GNU time 指令，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. 保持内置
time
的輸出樣式
有同學會問，能輸出内置 Shell 那種的格式麼？可以的，使用
-p
選項即可
root@chopin:~$ /usr/bin/time -p sleep 2real 2.00user 0.00sys 0.00 3. 輸出更詳細的資訊
還可以輸出更加詳細的資訊，讓你對程式運作資訊一目了然。請使用
-v
選項
root@chopin:~$ /usr/bin/time -v sleep 2Command being timed: "sleep 2"User time (seconds): 0.00System time (seconds): 0.00Percent of CPU this job got: 0%Elapsed (wall clock) time (h:mm:ss or m:ss): 0:02.00Average shared text size (kbytes): 0Average unshared data size (kbytes): 0Average stack size (kbytes): 0Average total size (kbytes): 0Maximum resident set size (kbytes): 1804Average resident set size (kbytes): 0Major (requiring I/O) page faults: 0Minor (reclaiming a frame) page faults: 71Voluntary context switches: 1Involuntary context switches: 1Swaps: 0File system inputs: 0File system outputs: 0Socket messages sent: 0Socket messages received: 0Signals delivered: 0Page size (bytes): 4096Exit status: 0 這裡詳細介紹下
time
指令輸出各項名額
（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
如果你希望将
time
統計的資訊輸出到檔案，可以使用
-o
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
5. 自定義格式輸出
如果指令中内置的輸出格式，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
可以各種名額參數
/usr/bin/time -f "real %e\nuser %U\nsys %S\n" sleep 1real 1.00user 0.00sys 0.00 具體支援的格式，貼心的肖邦已經幫你整理好了
這些格式參數太多了，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 在性能分析中的作用
看到這麼多系統參數名額，難免會有同學會感到疑惑，這些參數能幹什麼呀？
其實這些名額，對應到作業系統 cpu、記憶體、IO 這幾方面。深刻的了解了這些名額參數，可以幫助你從本質上把握程式的運作情況，甚至可以協助你分析程式的性能瓶頸。
下邊我簡單解釋幾個概念，希望能起到抛磚引玉的作用。
（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 遠小于 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，是指程序的運作環境，包括當時的寄存器值、記憶體堆棧等資訊，核心可以根據上下文完全恢複一個被打斷的程序任務。
當執行系統調用、程序切換時，都會産生上下文切換。切換上下文時，作業系統需要為程序儲存和恢複上下文資訊。
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調用；被動上下文切換說明 cpu 使用率高。
當上下文切換過多時，意味着較多的 cpu 時間花費在上下文切換上，導緻 cpu 處理程序任務的有效時間大大減少。
（三）缺頁異常
次缺頁異常較多，說明程式的記憶體布局相對合理，命中率高；當主缺頁異常較多時，說明程式對記憶體的通路跳躍性大，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 遠小于 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。