코드의 수행시간 체크하기

Jooss·2023년 8월 16일

cpp

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2021-04-16 github.io에서 작성

C++ 작업을 진행하다 보면 내가 만든 코드의 수행시간이 얼마나 될지 체크해야하는 경우가 생깁니다. 프로그램이 더 빨리 혹은 긴밀하게 연계되어 돌아가는 코드에서는 더욱더 이러한 수행시간을 체크하는것이 중요해집니다.

Windows OS에는 다양한 Time Check 방법들이 존재합니다.

clock_t
GetTickCount()
timeGetTime()
chrono::system_clock::now()
QueryPerformenceCounter

하나하나 정리하며 추가로 알게 된 정보에 대해서는 아래에 더 추가하도록 하겠습니다.

기본적으로 모든 함수들을 0.1ms, 5ms, 20ms, 100ms, 1000ms 다섯가지 방법으로 10번 반복하여 정리하도록 하겠습니다.
코드의 수행시간을 체크하려면 수행시간동안 딜레이를 줄 함수가 필요합니다. 이번 실험에서는 chrono함수를 이용하여 nanosecond~second의 딜레이를 주었습니다. 딜레이 함수에 대해서는 따로 포스팅해보독 할게요.

결과 정리

GetTickCount: Win32 기본 API로 헤더파일 추가 필요 없이 동작하는 Time Check 함수입니다. OS의 Interrupt Request에 영향을 받으므로 msdn에 따르면 10ms ~ 16ms정도의 resolution을 가진다고 합니다. IRQ는 약 15.625ms로 동작하는 내부 Interrupt 입니다. Return type이 DWORD라서 49.7일까지밖에 체크가 불가능합니다. 대체 함수로 GetTickCount64가 있습니다.

timeGetTime: 윈도우가 시작되어서 지금까지 흐른 시간을 ms단위로 리턴하는 함수입니다. 이 함수를 사용하기 위해서는 windows.h와 Winmm.lib를 추가해야 합니다(코드설명 참조). 이 함수의 기본 정밀도는 5ms이며 timeBeginPeriod와 timeEndPeriod를 사용하여 정밀도를 올릴 수 있습니다. return type이 GetTickCount와 같이 DWORD이라 49.7일까지 측정 가능합니다. msdn 에 따르면 더 정밀하게 측정하려면 QueryPerformanceCounter함수를 사용하여야 합니다.

clock_t: CRT(Universal C runtime library) 초기화 이후 경과된 시간으로 Wall clock을 알려줍니다. msdn에 따르면 이 함수는 ISO C를 엄격하게 준수하지 않으며 순수 CPU시간을 반환값으로 지정합니다. 경과된 시간을 확인하려면 CLOCK_PER_SEC으로 나누어야 합니다. 최대 clock반환 값인 약 24.8일까지 표현가능하고 그 이상일 경우에는 64비트 시간함수 또는 Queryperformancecounter함수를 사용하라고 나와 있습니다.

system_clock::now: C++11에서 추가된 C++ 언어 레벨에서의 time check 함수입니다. 다른 시간 함수들은 Windows에서 제공하는 API인 반면에 chrono는 OS에 영향을 받지 않고 사용 할 수 있습니다. 그 정확도도 매우 높은편입니다.

QueryPerformanceCounter : windows.h헤더에 추가된 API입니다. performance counter의 현재 value를 리턴하면서 1us 이하의 high resolution을 보장합니다(MSDN). 메인보드에 고성능 타이머를 이용하여 카운팅해서 고성능을 보장 할 수 있습니다. QueryPerformanceFrequency를 통해서 메인보드 타이머의 주파수를 알아내고 QueryPerformanceCounter를 사용하여 CPU의 클럭 수를 받습니다.

함수 별 수행시간 체크

GetTickCount가 0 or 16ms인 것이 눈에 띕니다. IRQ에 영향을 받아 시간 분해능(Resolution)이 16ms가량 되는 것을 알 수 있습니다.

수행시간 0.1ms	1회	2회	3회	4회	5회	6회	7회	8회	9회	10회
`clock_t`	2ms	2ms	2ms	2ms	1ms	2ms	2ms	3ms	2ms	2ms
`GetTickCount()`	0ms	0ms	0ms	0ms	0ms	0ms	16ms	0ms	0ms	0ms
`timeGetTime()`	1ms	3ms	2ms	2ms	1ms	2ms	2ms	2ms	2ms	2ms
`system_clock::now()`	1.39ms	1.94ms	1.58ms	1.70ms	1.70ms	1.56ms	1.72ms	1.57ms	1.62ms	1.69ms
`QueryPerformenceCounter`	1.89ms	1.64ms	1.71ms	1.72ms	1.71ms	1.60ms	1.43ms	1.64ms	1.53ms	1.67ms

수행시간 1ms	1회	2회	3회	4회	5회	6회	7회	8회	9회	10회
`clock_t`	2ms	2ms	1ms	2ms	1ms	2ms	2ms	2ms	1ms	2ms
`GetTickCount()`	0ms	0ms	15ms	0ms	0ms	0ms	0ms	0ms	0ms	0ms
`timeGetTime()`	1ms	2ms	2ms	2ms	2ms	2ms	2ms	1ms	2ms	2ms
`system_clock::now()`	1.50ms	1.59ms	1.46ms	1.39ms	1.07ms	1.33ms	1.57ms	1.51ms	1.37ms	1.39ms
`QueryPerformenceCounter`	2.31ms	1.42ms	1.91ms	1.31ms	1.38ms	1.49ms	1.52ms	1.69ms	1.49ms	1.42ms

수행시간 5ms	1회	2회	3회	4회	5회	6회	7회	8회	9회	10회
`clock_t`	5ms	6ms	5ms	6ms	6ms	6ms	6ms	6ms	6ms	6ms
`GetTickCount()`	15ms	0ms	16ms	0ms	0ms	15ms	0ms	0ms	16ms	0ms
`timeGetTime()`	6ms	5ms	7ms	5ms	6ms	6ms	5ms	6ms	6ms	6ms
`system_clock::now()`	6.14ms	5.03ms	5.51ms	5.82ms	5.88ms	5.18ms	6.01ms	5.13ms	5.25ms	5.11ms
`QueryPerformenceCounter`	5.93ms	5.76ms	5.40ms	5.44ms	5.79ms	5.07ms	5.89ms	5.66ms	5.04ms	5.82ms

수행시간 20ms	1회	2회	3회	4회	5회	6회	7회	8회	9회	10회
`clock_t`	21ms	21ms	21ms	20ms	21ms	20ms	21ms	21ms	21ms	20ms
`GetTickCount()`	32ms	15ms	31ms	16ms	16ms	31ms	16ms	15ms	15ms	16ms
`timeGetTime()`	20ms	20ms	21ms	21ms	21ms	21ms	21ms	21ms	22ms	20ms
`system_clock::now()`	20.35ms	20.67ms	20.84ms	20.97ms	20.96ms	20.21ms	20.93ms	20.14ms	20.37ms	20.45ms
`QueryPerformenceCounter`	20.51ms	20.89ms	20.17ms	20.49ms	20.56ms	20.93ms	20.67ms	20.03ms	20.94ms	20.65ms

수행시간 100ms	1회	2회	3회	4회	5회	6회	7회	8회	9회	10회
`clock_t`	101ms	101ms	100ms	101ms	101ms	101ms	101ms	101ms	101ms	100ms
`GetTickCount()`	109ms	94ms	109ms	94ms	109ms	94ms	109ms	94ms	109ms	94ms
`timeGetTime()`	101ms	101ms	101ms	101ms	101ms	101ms	100ms	101ms	100ms	101ms
`system_clock::now()`	100.41ms	100.30ms	100.21ms	100.19ms	100.26ms	100.17ms	101.26ms	100.89ms	100.43ms	100.93ms
`QueryPerformenceCounter`	100.33ms	100.38ms	100.07ms	100.98ms	100.79ms	100.41ms	100.53ms	100.23ms	100.70ms	100.35ms

수행시간 1000ms	1회	2회	3회	4회	5회	6회	7회	8회	9회	10회
`clock_t`	1000ms	1001ms	1001ms	1001ms	1001ms	1001ms	1000ms	1001ms	1001ms	1000ms
`GetTickCount()`	1000ms	1016ms	1000ms	1000ms	1000ms	1000ms	1000ms	1000ms	1000ms	1000ms
`timeGetTime()`	1000ms	1000ms	1002ms	1002ms	1001ms	1001ms	1002ms	1001ms	1001ms	1002ms
`system_clock::now()`	1000.76ms	1001.05ms	1000.46ms	1000.64ms	1001.29ms	1000.79ms	1000.34ms	1001.06ms	1000.28ms	1000.51ms
`QueryPerformenceCounter`	1000.85ms	1002.72ms	1000.76ms	1000.60ms	1000.43ms	1001.16ms	1007.37ms	1000.64ms	1001.13ms	1000.44ms

사실상 수행시간이 1s단위까지 오게 되면 모든 시간 함수들의 time check 능력이 크게 차이나지 않습니다.

clock_t 함수

int micro_sec = 1000;
cout << "Coock_t time check" << endl;
int i = 10;
while (i-- > 0)
{
    clock_t start = clock();
    this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(micro_sec));
    clock_t end = clock();

    cout << (end - start) << "ms\t";
}
cout << endl;

GetTickCount() 함수

중복되는부분을 제외하고 반복문 안에만 표현하겠습니다.

auto start = GetTickCount();
this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(micro_sec));
auto end = GetTickCount();

cout << (end - start) << "ms\t";

timeGetTime() 함수

auto start = timeGetTime();
this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(micro_sec));
auto end = timeGetTime();

cout << (end - start) << "ms\t";

system_clock::now() 함수

auto start = chrono::system_clock::now();
this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(micro_sec));
auto end = chrono::system_clock::now();

chrono::microseconds delta = chrono::duration_cast<chrono::microseconds>(end - start);
cout << fixed;
cout.precision(2);
cout << delta.count()/1000.0 << "ms\t";

QueryPerformenceCounter 함수

LARGE_INTEGER freq, start, end;
QueryPerformanceFrequency(&freq);
QueryPerformanceCounter(&start);
this_thread::sleep_for(chrono::microseconds(micro_sec));
QueryPerformanceCounter(&end);

double delta = static_cast<double>((end.QuadPart - start.QuadPart) / (freq.QuadPart / 1000.0));
cout << fixed;
cout.precision(2);
cout << delta << "ms\t";