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前面我们都在介绍性能，那么我们怎么衡量性能呢？
谜题
有位同学想要测量他写的排序算法的性能，于是他用了如下的代码进行测试：
#include<stdio.h>
#include<time.h>
void my_sort(double *A, int n);
void fill(double *A, int n);
struct timespec start,end;
int main(){
int max = 4 * 1000 * 1000;
int min = 1;
int step = 20 * 1000;
double A[max];
for(int n = min; n < max; n+=step){
fill(A,n); //填充数据
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &start);
my_sort(A,n); //排序
clock_gettime(CLOCK_MONOTONIC, &end);
printf("size %d, time %f\n", n, (end-start));
}
}
但是这位同学得到了如下的结果，这是为什么呢？
我们将在文章的最后揭晓原因。
停顿系统
很多人都知道，在进行实验的时候，我们应该尽可能的控制变量。但是在计算机中， 因为其结构复杂性和运算快捷性，一个很细微的操作都可能会影响结果。就像刚才的谜题一样，也许你已经考虑过很多天马行空的原因。
我们给出一些可能的变量：
针对这些变量，我们需要进行控制，例如做如下的操作：
- 关闭其他的计算任务
- 关闭定时和后台任务
- 断开网络
- 停止移动鼠标（虽然看起来很离谱，但也有一定道理）
- 不要将程序运行在core 0上，因为会处理很多中断
- 关闭超线程
- 关闭DVFS
- 关闭Turbo Boost
甚至，在写代码的时候，可能因为代码的长度就会产生性能的影响。
衡量性能
我们可以通过多种方式进行性能的衡量。
可以通过/usr/bin/time衡量程序的运行时间；
也可以通过在程序内部打点的方式来衡量某些代码的性能；
也可以通过gdb或者gprof等工具中断程序，来查看程序到底发生了什么；
也可以通过perf这样的工具来获取程序在硬件上到底发生了什么；
最后，我们可以用cachegrind这样的工具来模拟程序的运行；
性能建模
首先我们需要介绍性能工程的大致流程：
1、衡量程序A的性能；
2、优化A到A'；
3、衡量A‘的性能；
4、如果A’的性能更好，就保留，否则跳转到第二步继续优化；
我们需要知道通过什么数学方法来表征程序的性能，这取决于我们程序所处的场景。在一个噪声比较多的场景中，我们运行程序100次，我们该用什么来表征其原始的性能呢？也许你会说算数平均数，但是在这个场景下我们使用最小值最好，因为在这个背景下，噪声对其产生的影响最少。此外，我们给出一些场景和需要关注的指标：
那么，我们怎么去比较A和A’的性能呢？我们假设有A和B两个程序，其运算情况如下所示：
基于这个结果，我们可以得出结论，A的性能是B的三倍吗？
显然是不可以的，因为如果我们用同样的方式计算B/A的话，就会有如下的结果：
在B/A的情况下，B的性能竟然比A还要好，这是两个完全不同的结论。所以我们应该使用几何平均数，因为其对于相反的情况恰好是倒数：
我们如何得出一个模型呢？假设我们想知道指令运行的时间和cache miss的时间，针对如下的数据：
我们可以将runtime T构造为：
其中I是指令数，C是cache miss情况。基于这样的数据，我们可以做计算和后续的验证。
谜题的解
虽然说出来很不可思议，但是这是因为电脑的散热造成的。由于温度变高，芯片会降频使得功率降低，这就使得程序运算的变慢；而程序变慢以后，又会提高频率，程序的运算时间就又减少了。
