Linux shell获取时间和时间间隔(ms级别)

说明：在进行一些性能测试的时候，有时候我们希望能计算一个程序运行的时间，有时候可能会自己写一个shell脚本方便进行一些性能测试的控制(比如希望能运行N次取平均值等），总之，这其中有一个需求可能就是获取一个时间戳或时间差。

1. Linux shell获取时间的相关命令

time命令：获取一个程序的执行时间，可以获取到实际运行时间以及程序在用户态和内核态分别的时间，大部分的性能测试，可能只需要关注实际时间。

time命令的使用就很简单了，在原有的要运行的程序（可执行文件、脚本等任何可执行程序）之前加上time即可。

问题一：time命令的常用选项

使用time，常用的选项是：-f和-p。其中-f后面指定一个格式串，控制time的输出的格式，默认的time输出是real、user、sys三行以xmxxx.xxxs的格式输出，通过-f可以控制。

-p选项也是格式，表示使用posix标准的格式，主要的区别是显示的时间都是以s为单位的，具体关于格式的问题参考man time的帮助内容就知道了。

PS：-f选项没法工作？弄不清楚为何-f和-o等选项都无法工作，知道的请补充。(-p是工作的)

另一种控制格式的方法是设置TIMEFORMAT环境变量，具体参考man time可以知道这些格式控制符分别表示什么。举例如下：

1. #time pwd  
2. /home/sgeng2  
3.   
4. real    0m0.000s  
5. user    0m0.000s  
6. sys 0m0.000s  
7. #export TIMEFORMAT="real time %E, user time %U,sys time %S"  
8. #time pwd  
9. /home/sgeng2  
10. real time 0.000, user time 0.000,sys time 0.000  
11. #time -p pwd  
12. /home/sgeng2  
13. real 0.00  
14. user 0.00  
15. sys 0.00  
16. #  

PS：很奇怪，感觉time的有些格式和上面的选项一样，好像不完全工作，总之，关系不大，格式并不重要，一般使用-p以秒作为单位就足够了。

问题二：time命令的输出的问题

上面已经说到，好像-o选项并不工作，那么，我们就只能自己想办法了。有时候写脚本，就希望把time的结果输出到文件中，然后可能会根据time的输出进行一些处理，比如提取出real时间等。显然，大家能想到的是重定向了，至于重定向的使用这里显然不准备讨论(太复杂)，只是提示一点：time命令的输出结果是输出到stderr的，不是stdout，所以进行重定向的时候要注意了。看懂下面的例子基本就能理解了：

1. #time pwd  
2. /home/sgeng2  
3.   
4. real    0m0.000s  
5. user    0m0.000s  
6. sys 0m0.000s  
7. #time pwd > out.txt   
8.   
9. real    0m0.000s  
10. user    0m0.000s  
11. sys 0m0.000s  
12. #cat out.txt   
13. /home/sgeng2  
14. #time pwd 2> out.txt   
15. /home/sgeng2  
16.   
17. real    0m0.000s  
18. user    0m0.000s  
19. sys 0m0.000s  
20. #cat out.txt   
21. #(time pwd) 2> out.txt   
22. /home/sgeng2  
23. #cat out.txt   
24.   
25. real    0m0.000s  
26. user    0m0.000s  
27. sys 0m0.000s  
28. #(time pwd) >& out.txt   
29. #cat out.txt   
30. /home/sgeng2  
31.   
32. real    0m0.000s  
33. user    0m0.000s  
34. sys 0m0.000s  
35. #  

PS：这里更多的是涉及到的和重定向相关的内容，所以不会详细分析每一个例子。说明的是注意time pwd 2> out.txt和(time pwd) 2> out.txt的区别，前面一个的含义是把pwd的结果stderr重定向到out.txt，相当于"time (pwd 2> out.txt)"的结果。

date命令：

关于date命令的使用，百度一把一大堆，就不重复了，例如可以参考：http://xingfujie.blog.51cto.com/2791569/637223

这里只说明一下几个常见的问题：

问题一：date的%s和%N

date中有很多控制格式的，其中%s是获取当前时间距离1970-01-01 00:00:00 UTC的时间差。date的其它很多格式控制都是控制当前时间的输出格式而已，比如只输出时分秒，只输出年月日等等，其中%N也是这一类，%N输出的是当前时间的纳秒部分，由于date并没有毫秒等级别的输出，所以在秒以下的内容都属于纳秒部分。所以从这个角度说，date是可以很精确的，可以达到纳秒级别。

问题二：获取一个时间戳

有时候会使用时间戳，或者随机数，UUID这样的东西，百度一下也有相关文章(比如搜索”shell date随机数“等）。一般来说，可以用%s和%N组合的方式就没问题，同一秒内，两次运行%N肯定不会一样，所以%s和%N组合能得到一个唯一数。

1. #date +%s.%N  
2. 1337435374.969263560  
3. #date +%s+%N  
4. 1337435377+310281496  
5. #date +%s_%N  
6. 1337435381_209334510  
7. #date +%s_%N  
8. 1337435383_169263078  
9. #date +%s_%N  
10. 1337435383_830009679  
11. #  

PS：有时候可能希望用一个”唯一“的东西来对文件命名等，就可以加上时间戳了。

2. Linux shell获取时间差(使用date命令）

至于使用time命令，其本身就是获取一个时间差，但是显然，time只适用于一些简单的情况，因为后面的参数是可以执行的内容，有时候可能需要执行多条命令，用time就比较麻烦。

(1) 秒为单位

date获取的是”当前时间“，显然，两次运行date就可以得到一个时间差，理论上，可以使用很多格式来表示date的输出，从而计算时间差，但是，显然，最直接的方式就是使用%s了，这样直接就可以计算出一个时间差，不需要那么复杂的shell字符串处理了。如下：

1. #start=$(date +%s) && sleep 2 && end=$(date +%s) && echo $(( $end - $start ))  
2. 2  
3. #start=$(date +%s) && sleep 3 && end=$(date +%s) && echo $(( $end - $start ))  
4. 3  
5. #  

当然，这里是在terminal中测试的，所以用&&连续执行这些命令，对于脚本，一行一行的写就很好了。。。。

1. start=$(date +%s)  
2. ...what to do for timing...  
3. end=$(date +%s)  
4. time=$(( $end - $start ))  
5. echo $time  

(2) ms为单位

更多的性能测试等场合获取时间差，有可能希望精确到ms。事实上，使用date是可以达到ms的。直接上代码吧。

1. #! /bin/bash  
2. #filename: test.sh  
3.   
4.   
5. # arg1=start, arg2=end, format: %s.%N  
6. function getTiming() {  
7.     start=$1  
8.     end=$2  
9.      
10.     start_s=$(echo $start | cut -d '.' -f 1)  
11.     start_ns=$(echo $start | cut -d '.' -f 2)  
12.     end_s=$(echo $end | cut -d '.' -f 1)  
13.     end_ns=$(echo $end | cut -d '.' -f 2)  
14.   
15.   
16. # for debug..  
17. #    echo $start  
18. #    echo $end  
19.   
20.   
21.     time=$(( ( 10#$end_s - 10#$start_s ) * 1000 + ( 10#$end_ns / 1000000 - 10#$start_ns / 1000000 ) ))  
22.   
23.   
24.     echo "$time ms"  
25. }  
26.   
27.   
28.   
29.   
30. echo "This is only a test to get a ms level time duration..."  
31. start=$(date +%s.%N)  
32. ls >& /dev/null    # hey, be quite, do not output to console....  
33. end=$(date +%s.%N)  
34.   
35.   
36. getTiming $start $end  

PS：这个代码是一个简单的测试，可以获取到ls命令执行的时间，相信其执行时间已经够短了，如果你需要获取的时间差在ms以下，相信你不会使用shell了，嘿嘿，自然要靠C去弄了。

结果如下：

1. #./test.sh   
2. This is only a test to get a ms level time duration...  
3. 3 ms  
4. #./test.sh   
5. This is only a test to get a ms level time duration...  
6. 2 ms  
7. #./test.sh   
8. This is only a test to get a ms level time duration...  
9. 2 ms  
10. #  

还满意吧，能获取到这么短的时间。当然，理论上可以获取到以ns为单位的时间差，但是，个人觉得用shell去弄这么小的时间差，你觉得准确么。。。

说明：

上面的代码的思路，其实很简单了，%s为距离标准时间的秒数，%N为当前时间的秒以下的部分，那么显然，%s和%N就表示了当前时间的完整时间戳，两个时间戳就差值就是时间差，问题就是如何处理的问题，大概就是：先使用%s.%N的格式获取到start和end时间，然后利用cut命令从start和 end中获取到“.“前面的秒的部分和后面的纳秒的部分（说明：这里的在%s和%N之间插入点，只是作为分隔的作用，任何可能的字符都是可以的，只要能被 cut分开就行）；然后，用秒的部分相减，得到秒的差值，转换为毫秒的差值；然后，把纳秒的部分转换为毫秒之后求差值（可能为负数）；最后，两个差值相加就是真正的以毫秒为单位的差值了。很容易理解，关键是cut的使用，对于shell高手来说，应该有很多方法可以对字符串提取，但是对于我这样的非 shell高手，要自己用awk或sed什么的写一个提取的正则，还是很有难度，还好找到了cut命令，能很容易的对这种字符串进行提取。所以：这里的方法仅供参考。。。

关于代码中的“10#”，这是表示后面的数是10进制的数字，之所以需要这个是因为这里的纳秒的前面是以0开头的，shell中好像以0开头会默认认为是八进制，导致运行报错，总之，百度一下就找到了原因，这里就索性把所有的数字都加上了10#，表示都是10进制。