]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/testing/benchmark.go
testing: fix Benchmark() to start at 1 iteration, not 100
[gostls13.git] / src / testing / benchmark.go
1 // Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 package testing
6
7 import (
8         "flag"
9         "fmt"
10         "internal/race"
11         "os"
12         "runtime"
13         "sync"
14         "sync/atomic"
15         "time"
16 )
17
18 var matchBenchmarks = flag.String("test.bench", "", "run only benchmarks matching `regexp`")
19 var benchTime = flag.Duration("test.benchtime", 1*time.Second, "run each benchmark for duration `d`")
20 var benchmarkMemory = flag.Bool("test.benchmem", false, "print memory allocations for benchmarks")
21
22 // Global lock to ensure only one benchmark runs at a time.
23 var benchmarkLock sync.Mutex
24
25 // Used for every benchmark for measuring memory.
26 var memStats runtime.MemStats
27
28 // An internal type but exported because it is cross-package; part of the implementation
29 // of the "go test" command.
30 type InternalBenchmark struct {
31         Name string
32         F    func(b *B)
33 }
34
35 // B is a type passed to Benchmark functions to manage benchmark
36 // timing and to specify the number of iterations to run.
37 //
38 // A benchmark ends when its Benchmark function returns or calls any of the methods
39 // FailNow, Fatal, Fatalf, SkipNow, Skip, or Skipf. Those methods must be called
40 // only from the goroutine running the Benchmark function.
41 // The other reporting methods, such as the variations of Log and Error,
42 // may be called simultaneously from multiple goroutines.
43 //
44 // Like in tests, benchmark logs are accumulated during execution
45 // and dumped to standard error when done. Unlike in tests, benchmark logs
46 // are always printed, so as not to hide output whose existence may be
47 // affecting benchmark results.
48 type B struct {
49         common
50         importPath       string // import path of the package containing the benchmark
51         context          *benchContext
52         N                int
53         previousN        int           // number of iterations in the previous run
54         previousDuration time.Duration // total duration of the previous run
55         benchFunc        func(b *B)
56         benchTime        time.Duration
57         bytes            int64
58         missingBytes     bool // one of the subbenchmarks does not have bytes set.
59         timerOn          bool
60         showAllocResult  bool
61         result           BenchmarkResult
62         parallelism      int // RunParallel creates parallelism*GOMAXPROCS goroutines
63         // The initial states of memStats.Mallocs and memStats.TotalAlloc.
64         startAllocs uint64
65         startBytes  uint64
66         // The net total of this test after being run.
67         netAllocs uint64
68         netBytes  uint64
69 }
70
71 // StartTimer starts timing a test. This function is called automatically
72 // before a benchmark starts, but it can also used to resume timing after
73 // a call to StopTimer.
74 func (b *B) StartTimer() {
75         if !b.timerOn {
76                 if *benchmarkMemory || b.showAllocResult {
77                         runtime.ReadMemStats(&memStats)
78                         b.startAllocs = memStats.Mallocs
79                         b.startBytes = memStats.TotalAlloc
80                 }
81                 b.start = time.Now()
82                 b.timerOn = true
83         }
84 }
85
86 // StopTimer stops timing a test. This can be used to pause the timer
87 // while performing complex initialization that you don't
88 // want to measure.
89 func (b *B) StopTimer() {
90         if b.timerOn {
91                 b.duration += time.Now().Sub(b.start)
92                 if *benchmarkMemory || b.showAllocResult {
93                         runtime.ReadMemStats(&memStats)
94                         b.netAllocs += memStats.Mallocs - b.startAllocs
95                         b.netBytes += memStats.TotalAlloc - b.startBytes
96                 }
97                 b.timerOn = false
98         }
99 }
100
101 // ResetTimer zeros the elapsed benchmark time and memory allocation counters.
102 // It does not affect whether the timer is running.
103 func (b *B) ResetTimer() {
104         if b.timerOn {
105                 if *benchmarkMemory || b.showAllocResult {
106                         runtime.ReadMemStats(&memStats)
107                         b.startAllocs = memStats.Mallocs
108                         b.startBytes = memStats.TotalAlloc
109                 }
110                 b.start = time.Now()
111         }
112         b.duration = 0
113         b.netAllocs = 0
114         b.netBytes = 0
115 }
116
117 // SetBytes records the number of bytes processed in a single operation.
118 // If this is called, the benchmark will report ns/op and MB/s.
119 func (b *B) SetBytes(n int64) { b.bytes = n }
120
121 // ReportAllocs enables malloc statistics for this benchmark.
122 // It is equivalent to setting -test.benchmem, but it only affects the
123 // benchmark function that calls ReportAllocs.
124 func (b *B) ReportAllocs() {
125         b.showAllocResult = true
126 }
127
128 func (b *B) nsPerOp() int64 {
129         if b.N <= 0 {
130                 return 0
131         }
132         return b.duration.Nanoseconds() / int64(b.N)
133 }
134
135 // runN runs a single benchmark for the specified number of iterations.
136 func (b *B) runN(n int) {
137         benchmarkLock.Lock()
138         defer benchmarkLock.Unlock()
139         // Try to get a comparable environment for each run
140         // by clearing garbage from previous runs.
141         runtime.GC()
142         b.raceErrors = -race.Errors()
143         b.N = n
144         b.parallelism = 1
145         b.ResetTimer()
146         b.StartTimer()
147         b.benchFunc(b)
148         b.StopTimer()
149         b.previousN = n
150         b.previousDuration = b.duration
151         b.raceErrors += race.Errors()
152         if b.raceErrors > 0 {
153                 b.Errorf("race detected during execution of benchmark")
154         }
155 }
156
157 func min(x, y int) int {
158         if x > y {
159                 return y
160         }
161         return x
162 }
163
164 func max(x, y int) int {
165         if x < y {
166                 return y
167         }
168         return x
169 }
170
171 // roundDown10 rounds a number down to the nearest power of 10.
172 func roundDown10(n int) int {
173         var tens = 0
174         // tens = floor(log_10(n))
175         for n >= 10 {
176                 n = n / 10
177                 tens++
178         }
179         // result = 10^tens
180         result := 1
181         for i := 0; i < tens; i++ {
182                 result *= 10
183         }
184         return result
185 }
186
187 // roundUp rounds x up to a number of the form [1eX, 2eX, 3eX, 5eX].
188 func roundUp(n int) int {
189         base := roundDown10(n)
190         switch {
191         case n <= base:
192                 return base
193         case n <= (2 * base):
194                 return 2 * base
195         case n <= (3 * base):
196                 return 3 * base
197         case n <= (5 * base):
198                 return 5 * base
199         default:
200                 return 10 * base
201         }
202 }
203
204 // run1 runs the first iteration of benchFunc. It returns whether more
205 // iterations of this benchmarks should be run.
206 func (b *B) run1() bool {
207         if ctx := b.context; ctx != nil {
208                 // Extend maxLen, if needed.
209                 if n := len(b.name) + ctx.extLen + 1; n > ctx.maxLen {
210                         ctx.maxLen = n + 8 // Add additional slack to avoid too many jumps in size.
211                 }
212         }
213         go func() {
214                 // Signal that we're done whether we return normally
215                 // or by FailNow's runtime.Goexit.
216                 defer func() {
217                         b.signal <- true
218                 }()
219
220                 b.runN(1)
221         }()
222         <-b.signal
223         if b.failed {
224                 fmt.Fprintf(b.w, "--- FAIL: %s\n%s", b.name, b.output)
225                 return false
226         }
227         // Only print the output if we know we are not going to proceed.
228         // Otherwise it is printed in processBench.
229         if atomic.LoadInt32(&b.hasSub) != 0 || b.finished {
230                 tag := "BENCH"
231                 if b.skipped {
232                         tag = "SKIP"
233                 }
234                 if b.chatty && (len(b.output) > 0 || b.finished) {
235                         b.trimOutput()
236                         fmt.Fprintf(b.w, "--- %s: %s\n%s", tag, b.name, b.output)
237                 }
238                 return false
239         }
240         return true
241 }
242
243 var labelsOnce sync.Once
244
245 // run executes the benchmark in a separate goroutine, including all of its
246 // subbenchmarks. b must not have subbenchmarks.
247 func (b *B) run() BenchmarkResult {
248         labelsOnce.Do(func() {
249                 fmt.Fprintf(b.w, "goos: %s\n", runtime.GOOS)
250                 fmt.Fprintf(b.w, "goarch: %s\n", runtime.GOARCH)
251                 if b.importPath != "" {
252                         fmt.Fprintf(b.w, "pkg: %s\n", b.importPath)
253                 }
254         })
255         if b.context != nil {
256                 // Running go test --test.bench
257                 b.context.processBench(b) // Must call doBench.
258         } else {
259                 // Running func Benchmark.
260                 b.doBench()
261         }
262         return b.result
263 }
264
265 func (b *B) doBench() BenchmarkResult {
266         go b.launch()
267         <-b.signal
268         return b.result
269 }
270
271 // launch launches the benchmark function. It gradually increases the number
272 // of benchmark iterations until the benchmark runs for the requested benchtime.
273 // launch is run by the doBench function as a separate goroutine.
274 // run1 must have been called on b.
275 func (b *B) launch() {
276         // Signal that we're done whether we return normally
277         // or by FailNow's runtime.Goexit.
278         defer func() {
279                 b.signal <- true
280         }()
281
282         // Run the benchmark for at least the specified amount of time.
283         d := b.benchTime
284         for n := 1; !b.failed && b.duration < d && n < 1e9; {
285                 last := n
286                 // Predict required iterations.
287                 n = int(d.Nanoseconds())
288                 if nsop := b.nsPerOp(); nsop != 0 {
289                         n /= int(nsop)
290                 }
291                 // Run more iterations than we think we'll need (1.2x).
292                 // Don't grow too fast in case we had timing errors previously.
293                 // Be sure to run at least one more than last time.
294                 n = max(min(n+n/5, 100*last), last+1)
295                 // Round up to something easy to read.
296                 n = roundUp(n)
297                 b.runN(n)
298         }
299         b.result = BenchmarkResult{b.N, b.duration, b.bytes, b.netAllocs, b.netBytes}
300 }
301
302 // The results of a benchmark run.
303 // MemAllocs and MemBytes may be zero if memory benchmarking is not requested
304 // using B.ReportAllocs or the -benchmem command line flag.
305 type BenchmarkResult struct {
306         N         int           // The number of iterations.
307         T         time.Duration // The total time taken.
308         Bytes     int64         // Bytes processed in one iteration.
309         MemAllocs uint64        // The total number of memory allocations.
310         MemBytes  uint64        // The total number of bytes allocated.
311 }
312
313 func (r BenchmarkResult) NsPerOp() int64 {
314         if r.N <= 0 {
315                 return 0
316         }
317         return r.T.Nanoseconds() / int64(r.N)
318 }
319
320 func (r BenchmarkResult) mbPerSec() float64 {
321         if r.Bytes <= 0 || r.T <= 0 || r.N <= 0 {
322                 return 0
323         }
324         return (float64(r.Bytes) * float64(r.N) / 1e6) / r.T.Seconds()
325 }
326
327 // AllocsPerOp returns r.MemAllocs / r.N.
328 func (r BenchmarkResult) AllocsPerOp() int64 {
329         if r.N <= 0 {
330                 return 0
331         }
332         return int64(r.MemAllocs) / int64(r.N)
333 }
334
335 // AllocedBytesPerOp returns r.MemBytes / r.N.
336 func (r BenchmarkResult) AllocedBytesPerOp() int64 {
337         if r.N <= 0 {
338                 return 0
339         }
340         return int64(r.MemBytes) / int64(r.N)
341 }
342
343 func (r BenchmarkResult) String() string {
344         mbs := r.mbPerSec()
345         mb := ""
346         if mbs != 0 {
347                 mb = fmt.Sprintf("\t%7.2f MB/s", mbs)
348         }
349         nsop := r.NsPerOp()
350         ns := fmt.Sprintf("%10d ns/op", nsop)
351         if r.N > 0 && nsop < 100 {
352                 // The format specifiers here make sure that
353                 // the ones digits line up for all three possible formats.
354                 if nsop < 10 {
355                         ns = fmt.Sprintf("%13.2f ns/op", float64(r.T.Nanoseconds())/float64(r.N))
356                 } else {
357                         ns = fmt.Sprintf("%12.1f ns/op", float64(r.T.Nanoseconds())/float64(r.N))
358                 }
359         }
360         return fmt.Sprintf("%8d\t%s%s", r.N, ns, mb)
361 }
362
363 // MemString returns r.AllocedBytesPerOp and r.AllocsPerOp in the same format as 'go test'.
364 func (r BenchmarkResult) MemString() string {
365         return fmt.Sprintf("%8d B/op\t%8d allocs/op",
366                 r.AllocedBytesPerOp(), r.AllocsPerOp())
367 }
368
369 // benchmarkName returns full name of benchmark including procs suffix.
370 func benchmarkName(name string, n int) string {
371         if n != 1 {
372                 return fmt.Sprintf("%s-%d", name, n)
373         }
374         return name
375 }
376
377 type benchContext struct {
378         match *matcher
379
380         maxLen int // The largest recorded benchmark name.
381         extLen int // Maximum extension length.
382 }
383
384 // An internal function but exported because it is cross-package; part of the implementation
385 // of the "go test" command.
386 func RunBenchmarks(matchString func(pat, str string) (bool, error), benchmarks []InternalBenchmark) {
387         runBenchmarks("", matchString, benchmarks)
388 }
389
390 func runBenchmarks(importPath string, matchString func(pat, str string) (bool, error), benchmarks []InternalBenchmark) bool {
391         // If no flag was specified, don't run benchmarks.
392         if len(*matchBenchmarks) == 0 {
393                 return true
394         }
395         // Collect matching benchmarks and determine longest name.
396         maxprocs := 1
397         for _, procs := range cpuList {
398                 if procs > maxprocs {
399                         maxprocs = procs
400                 }
401         }
402         ctx := &benchContext{
403                 match:  newMatcher(matchString, *matchBenchmarks, "-test.bench"),
404                 extLen: len(benchmarkName("", maxprocs)),
405         }
406         var bs []InternalBenchmark
407         for _, Benchmark := range benchmarks {
408                 if _, matched := ctx.match.fullName(nil, Benchmark.Name); matched {
409                         bs = append(bs, Benchmark)
410                         benchName := benchmarkName(Benchmark.Name, maxprocs)
411                         if l := len(benchName) + ctx.extLen + 1; l > ctx.maxLen {
412                                 ctx.maxLen = l
413                         }
414                 }
415         }
416         main := &B{
417                 common: common{
418                         name:   "Main",
419                         w:      os.Stdout,
420                         chatty: *chatty,
421                 },
422                 importPath: importPath,
423                 benchFunc: func(b *B) {
424                         for _, Benchmark := range bs {
425                                 b.Run(Benchmark.Name, Benchmark.F)
426                         }
427                 },
428                 benchTime: *benchTime,
429                 context:   ctx,
430         }
431         main.runN(1)
432         return !main.failed
433 }
434
435 // processBench runs bench b for the configured CPU counts and prints the results.
436 func (ctx *benchContext) processBench(b *B) {
437         for i, procs := range cpuList {
438                 runtime.GOMAXPROCS(procs)
439                 benchName := benchmarkName(b.name, procs)
440                 fmt.Fprintf(b.w, "%-*s\t", ctx.maxLen, benchName)
441                 // Recompute the running time for all but the first iteration.
442                 if i > 0 {
443                         b = &B{
444                                 common: common{
445                                         signal: make(chan bool),
446                                         name:   b.name,
447                                         w:      b.w,
448                                         chatty: b.chatty,
449                                 },
450                                 benchFunc: b.benchFunc,
451                                 benchTime: b.benchTime,
452                         }
453                         b.run1()
454                 }
455                 r := b.doBench()
456                 if b.failed {
457                         // The output could be very long here, but probably isn't.
458                         // We print it all, regardless, because we don't want to trim the reason
459                         // the benchmark failed.
460                         fmt.Fprintf(b.w, "--- FAIL: %s\n%s", benchName, b.output)
461                         continue
462                 }
463                 results := r.String()
464                 if *benchmarkMemory || b.showAllocResult {
465                         results += "\t" + r.MemString()
466                 }
467                 fmt.Fprintln(b.w, results)
468                 // Unlike with tests, we ignore the -chatty flag and always print output for
469                 // benchmarks since the output generation time will skew the results.
470                 if len(b.output) > 0 {
471                         b.trimOutput()
472                         fmt.Fprintf(b.w, "--- BENCH: %s\n%s", benchName, b.output)
473                 }
474                 if p := runtime.GOMAXPROCS(-1); p != procs {
475                         fmt.Fprintf(os.Stderr, "testing: %s left GOMAXPROCS set to %d\n", benchName, p)
476                 }
477         }
478 }
479
480 // Run benchmarks f as a subbenchmark with the given name. It reports
481 // whether there were any failures.
482 //
483 // A subbenchmark is like any other benchmark. A benchmark that calls Run at
484 // least once will not be measured itself and will be called once with N=1.
485 //
486 // Run may be called simultaneously from multiple goroutines, but all such
487 // calls must happen before the outer benchmark function for b returns.
488 func (b *B) Run(name string, f func(b *B)) bool {
489         // Since b has subbenchmarks, we will no longer run it as a benchmark itself.
490         // Release the lock and acquire it on exit to ensure locks stay paired.
491         atomic.StoreInt32(&b.hasSub, 1)
492         benchmarkLock.Unlock()
493         defer benchmarkLock.Lock()
494
495         benchName, ok := b.name, true
496         if b.context != nil {
497                 benchName, ok = b.context.match.fullName(&b.common, name)
498         }
499         if !ok {
500                 return true
501         }
502         sub := &B{
503                 common: common{
504                         signal: make(chan bool),
505                         name:   benchName,
506                         parent: &b.common,
507                         level:  b.level + 1,
508                         w:      b.w,
509                         chatty: b.chatty,
510                 },
511                 importPath: b.importPath,
512                 benchFunc:  f,
513                 benchTime:  b.benchTime,
514                 context:    b.context,
515         }
516         if sub.run1() {
517                 sub.run()
518         }
519         b.add(sub.result)
520         return !sub.failed
521 }
522
523 // add simulates running benchmarks in sequence in a single iteration. It is
524 // used to give some meaningful results in case func Benchmark is used in
525 // combination with Run.
526 func (b *B) add(other BenchmarkResult) {
527         r := &b.result
528         // The aggregated BenchmarkResults resemble running all subbenchmarks as
529         // in sequence in a single benchmark.
530         r.N = 1
531         r.T += time.Duration(other.NsPerOp())
532         if other.Bytes == 0 {
533                 // Summing Bytes is meaningless in aggregate if not all subbenchmarks
534                 // set it.
535                 b.missingBytes = true
536                 r.Bytes = 0
537         }
538         if !b.missingBytes {
539                 r.Bytes += other.Bytes
540         }
541         r.MemAllocs += uint64(other.AllocsPerOp())
542         r.MemBytes += uint64(other.AllocedBytesPerOp())
543 }
544
545 // trimOutput shortens the output from a benchmark, which can be very long.
546 func (b *B) trimOutput() {
547         // The output is likely to appear multiple times because the benchmark
548         // is run multiple times, but at least it will be seen. This is not a big deal
549         // because benchmarks rarely print, but just in case, we trim it if it's too long.
550         const maxNewlines = 10
551         for nlCount, j := 0, 0; j < len(b.output); j++ {
552                 if b.output[j] == '\n' {
553                         nlCount++
554                         if nlCount >= maxNewlines {
555                                 b.output = append(b.output[:j], "\n\t... [output truncated]\n"...)
556                                 break
557                         }
558                 }
559         }
560 }
561
562 // A PB is used by RunParallel for running parallel benchmarks.
563 type PB struct {
564         globalN *uint64 // shared between all worker goroutines iteration counter
565         grain   uint64  // acquire that many iterations from globalN at once
566         cache   uint64  // local cache of acquired iterations
567         bN      uint64  // total number of iterations to execute (b.N)
568 }
569
570 // Next reports whether there are more iterations to execute.
571 func (pb *PB) Next() bool {
572         if pb.cache == 0 {
573                 n := atomic.AddUint64(pb.globalN, pb.grain)
574                 if n <= pb.bN {
575                         pb.cache = pb.grain
576                 } else if n < pb.bN+pb.grain {
577                         pb.cache = pb.bN + pb.grain - n
578                 } else {
579                         return false
580                 }
581         }
582         pb.cache--
583         return true
584 }
585
586 // RunParallel runs a benchmark in parallel.
587 // It creates multiple goroutines and distributes b.N iterations among them.
588 // The number of goroutines defaults to GOMAXPROCS. To increase parallelism for
589 // non-CPU-bound benchmarks, call SetParallelism before RunParallel.
590 // RunParallel is usually used with the go test -cpu flag.
591 //
592 // The body function will be run in each goroutine. It should set up any
593 // goroutine-local state and then iterate until pb.Next returns false.
594 // It should not use the StartTimer, StopTimer, or ResetTimer functions,
595 // because they have global effect. It should also not call Run.
596 func (b *B) RunParallel(body func(*PB)) {
597         if b.N == 0 {
598                 return // Nothing to do when probing.
599         }
600         // Calculate grain size as number of iterations that take ~100µs.
601         // 100µs is enough to amortize the overhead and provide sufficient
602         // dynamic load balancing.
603         grain := uint64(0)
604         if b.previousN > 0 && b.previousDuration > 0 {
605                 grain = 1e5 * uint64(b.previousN) / uint64(b.previousDuration)
606         }
607         if grain < 1 {
608                 grain = 1
609         }
610         // We expect the inner loop and function call to take at least 10ns,
611         // so do not do more than 100µs/10ns=1e4 iterations.
612         if grain > 1e4 {
613                 grain = 1e4
614         }
615
616         n := uint64(0)
617         numProcs := b.parallelism * runtime.GOMAXPROCS(0)
618         var wg sync.WaitGroup
619         wg.Add(numProcs)
620         for p := 0; p < numProcs; p++ {
621                 go func() {
622                         defer wg.Done()
623                         pb := &PB{
624                                 globalN: &n,
625                                 grain:   grain,
626                                 bN:      uint64(b.N),
627                         }
628                         body(pb)
629                 }()
630         }
631         wg.Wait()
632         if n <= uint64(b.N) && !b.Failed() {
633                 b.Fatal("RunParallel: body exited without pb.Next() == false")
634         }
635 }
636
637 // SetParallelism sets the number of goroutines used by RunParallel to p*GOMAXPROCS.
638 // There is usually no need to call SetParallelism for CPU-bound benchmarks.
639 // If p is less than 1, this call will have no effect.
640 func (b *B) SetParallelism(p int) {
641         if p >= 1 {
642                 b.parallelism = p
643         }
644 }
645
646 // Benchmark benchmarks a single function. Useful for creating
647 // custom benchmarks that do not use the "go test" command.
648 //
649 // If f calls Run, the result will be an estimate of running all its
650 // subbenchmarks that don't call Run in sequence in a single benchmark.
651 func Benchmark(f func(b *B)) BenchmarkResult {
652         b := &B{
653                 common: common{
654                         signal: make(chan bool),
655                         w:      discard{},
656                 },
657                 benchFunc: f,
658                 benchTime: *benchTime,
659         }
660         if b.run1() {
661                 b.run()
662         }
663         return b.result
664 }
665
666 type discard struct{}
667
668 func (discard) Write(b []byte) (n int, err error) { return len(b), nil }