Róbert Kanász - blog venujúci sa programovaniu na platforme .NET

Každý vývojár, ktorý sa zaoberá optimalizáciou výkonu, skôr alebo neskôr natrafí na na triedu StopWatch nachádzajúcej sa v mennom priestore System.Diagnostics. V prípade, ak ste už niekedy robili testy výkonu, určite ste si už stihli všimnúť že výsledky sa môžu líšiť až o 25%-30%. V tomto článku vám ukážem, ako optimálne navrhovať jednovláknové testovacie programy tak, aby rozdiel vo výsledkoch bol v rozmedzí 0.1%-0.2%.

V dnešnej dobe majú moderné počítače procesory s viacerými jadrami, veľkou cache atď. a inými vecami, ktoré môžu výrazne ovplyvniť čas vykonávania algoritmu. Tzv. White Box techniky s attachnutym debuggerom výrazne skresľujú výsledky testov a spomaľujú vykonávanie algoritmu, pretože CPU je zaťažované väčším množstvom inštrukcií. Na druhej strane Black Box techniky s neattachnutým debuggerom nám poskytujú ďaleko viac relevantných informácií.

Jedna z najdôležitejších vecí je zabezpečiť, aby sa funkcia vykonávala práve na jednom jadre procesora. To môžeme docieliť nastavením vlastnosti ProcessorAffinity nášho procesu:

Process.GetCurrentProcess().ProcessorAffinity = new IntPtr(2);

V ďalšom kroku musíme zabezpečiť, aby ostatné vlákna nevyužívali naše jadro/procesor. Toho docielime tak, že nastavíme nášmu vláknu najvyššiu prioritu a ostaným nižšiu:

Process.GetCurrentProcess().PriorityClass = ProcessPriorityClass.High;
Thread.CurrentThread.Priority = ThreadPriority.Highest;

Ešte pred začatím samotného testovania, je nutné spraviť tzv. zahrievacie kolo (Warmup), po ktorom by mali byť výsledky už viac menej stabilné. V nasledujúcom príklade som zvolil dĺžku Warmup fázy 1200 ms (dĺžka warmupu sa môže na rôznych počítačoch meniť).

stopwatch.Start();
while (stopwatch.ElapsedMilliseconds < 1200)
{
    result = TestFunction(seed, count); 
}
stopwatch.Stop(); 

Kompletný príklad:

using System;
using System.Diagnostics;
using System.Threading;

namespace PreciseMeasure
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();

            long seed = Environment.TickCount; long result = 0;
            int count = 100000000;

            Console.WriteLine("20 testov bez korektnej prípravy");
            Console.WriteLine("Warmup");
            for (int repeat = 0; repeat < 20; ++repeat)
            {
                stopwatch.Reset();
                stopwatch.Start();
                result ^= TestFunction(seed, count);
                stopwatch.Stop();
                Console.WriteLine("Ticks: " + stopwatch.ElapsedTicks +" mS: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds);
            }

            Process.GetCurrentProcess().ProcessorAffinity = new IntPtr(2);
            Process.GetCurrentProcess().PriorityClass = ProcessPriorityClass.High; Thread.CurrentThread.Priority = ThreadPriority.Highest;

            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("20 testov s korektnou pripravou");
            Console.WriteLine("Warmup");
            stopwatch.Reset();
            stopwatch.Start();
            while (stopwatch.ElapsedMilliseconds < 1200)
            {
                result = TestFunction(seed, count); // Warmup
            }
            stopwatch.Stop();

            for (int repeat = 0; repeat < 20; ++repeat)
            {
                stopwatch.Reset();
                stopwatch.Start();
                result ^= TestFunction(seed, count);
                stopwatch.Stop();
                Console.WriteLine("Ticks: " + stopwatch.ElapsedTicks +
                " mS: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds);
            }
            Console.WriteLine(result);
        }

        public static long TestFunction(long seed, int count)
        {
            long result = seed;
            for (int i = 0; i < count; ++i)
            {
                result ^= i ^ seed;
            }
            return result;
        }
    }
}