這些天自己試著對項目作一些壓力測試和性能優(yōu)化，也對用過的測試工具作一些總結(jié)，并把相關(guān)的資料作一個匯總，以便以后信手拈來！

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1?簡介

改進應(yīng)用程序的性能是一項非常耗時耗力的工作，但是究竟程序中是哪些函數(shù)消耗掉了大部分執(zhí)行時間，這通常都不是非常明顯的。GNU?編譯器工具包所提供了一種剖析工具?GNU?profiler（gprof）。gprof?可以為?Linux平臺上的程序精確分析性能瓶頸。gprof精確地給出函數(shù)被調(diào)用的時間和次數(shù)，給出函數(shù)調(diào)用關(guān)系。

gprof?用戶手冊網(wǎng)站?http://sourceware.org/binutils/docs-2.17/gprof/index.html

2?功能

Gprof?是GNU?gnu?binutils工具之一，默認情況下linux系統(tǒng)當(dāng)中都帶有這個工具。

1.?可以顯示“flat?profile”，包括每個函數(shù)的調(diào)用次數(shù)，每個函數(shù)消耗的處理器時間，

2.?可以顯示“Call?graph”，包括函數(shù)的調(diào)用關(guān)系，每個函數(shù)調(diào)用花費了多少時間。

3.?可以顯示“注釋的源代碼”－－是程序源代碼的一個復(fù)本，標(biāo)記有程序中每行代碼的執(zhí)行次數(shù)。

3?原理

通過在編譯和鏈接程序的時候（使用?-pg?編譯和鏈接選項），gcc?在你應(yīng)用程序的每個函數(shù)中都加入了一個名為mcount?(?or??“_mcount”??,?or??“__mcount”?,?依賴于編譯器或操作系統(tǒng))的函數(shù)，也就是說你的應(yīng)用程序里的每一個函數(shù)都會調(diào)用mcount,?而mcount?會在內(nèi)存中保存一張函數(shù)調(diào)用圖，并通過函數(shù)調(diào)用堆棧的形式查找子函數(shù)和父函數(shù)的地址。這張調(diào)用圖也保存了所有與函數(shù)相關(guān)的調(diào)用時間，調(diào)用次數(shù)等等的所有信息。

4?使用流程

1.?在編譯和鏈接時?加上-pg選項。一般我們可以加在?makefile?中。

2.?執(zhí)行編譯的二進制程序。執(zhí)行參數(shù)和方式同以前。

3.?在程序運行目錄下?生成?gmon.out?文件。如果原來有g(shù)mon.out?文件，將會被重寫。

4.?結(jié)束進程。這時?gmon.out?會再次被刷新。

5.?用?gprof?工具分析?gmon.out?文件。

5?參數(shù)說明

l?-b?不再輸出統(tǒng)計圖表中每個字段的詳細描述。

l?-p?只輸出函數(shù)的調(diào)用圖（Call?graph的那部分信息）。

l?-q?只輸出函數(shù)的時間消耗列表。

l?-e?Name?不再輸出函數(shù)Name?及其子函數(shù)的調(diào)用圖（除非它們有未被限制的其它父函數(shù)）。可以給定多個?-e?標(biāo)志。一個?-e?標(biāo)志只能指定一個函數(shù)。

l?-E?Name?不再輸出函數(shù)Name?及其子函數(shù)的調(diào)用圖，此標(biāo)志類似于?-e?標(biāo)志，但它在總時間和百分比時間的計算中排除了由函數(shù)Name?及其子函數(shù)所用的時間。

l?-f?Name?輸出函數(shù)Name?及其子函數(shù)的調(diào)用圖。可以指定多個?-f?標(biāo)志。一個?-f?標(biāo)志只能指定一個函數(shù)。

l?-F?Name?輸出函數(shù)Name?及其子函數(shù)的調(diào)用圖，它類似于?-f?標(biāo)志，但它在總時間和百分比時間計算中僅使用所打印的例程的時間。可以指定多個?-F?標(biāo)志。一個?-F?標(biāo)志只能指定一個函數(shù)。-F?標(biāo)志覆蓋?-E?標(biāo)志。

l?-z?顯示使用次數(shù)為零的例程（按照調(diào)用計數(shù)和累積時間計算）。

一般用法：?gprof?–b?二進制程序?gmon.out?>report.txt

6?報告說明

Gprof?產(chǎn)生的信息解釋：

??%time	Cumulative seconds	Self? Seconds	Calls	Self TS/call	Total TS/call	name
該函數(shù)消耗時間占程序所有時間百分比	程序的累積執(zhí)行時間 （只是包括gprof能夠監(jiān)控到的函數(shù)）	該函數(shù)本身執(zhí)行時間 （所有被調(diào)用次數(shù)的合共時間）	函數(shù)被調(diào)用次數(shù)	函數(shù)平均執(zhí)行時間 （不包括被調(diào)用時間） （函數(shù)的單次執(zhí)行時間）	函數(shù)平均執(zhí)行時間 （包括被調(diào)用時間） （函數(shù)的單次執(zhí)行時間）	函數(shù)名

Call?Graph?的字段含義：

Index	%time	Self	Children	Called	Name
索引值	函數(shù)消耗時間占所有時間百分比	函數(shù)本身執(zhí)行時間	執(zhí)行子函數(shù)所用時間	被調(diào)用次數(shù)	函數(shù)名

注意：

程序的累積執(zhí)行時間只是包括gprof能夠監(jiān)控到的函數(shù)。工作在內(nèi)核態(tài)的函數(shù)和沒有加-pg編譯的第三方庫函數(shù)是無法被gprof能夠監(jiān)控到的，（如sleep（）等）

Gprof?的具體參數(shù)可以?通過?man?gprof?查詢。

7?共享庫的支持

對于代碼剖析的支持是由編譯器增加的，因此如果希望從共享庫中獲得剖析信息，就需要使用?-pg?來編譯這些庫。提供已經(jīng)啟用代碼剖析支持而編譯的?C?庫版本（libc_p.a）。

如果需要分析系統(tǒng)函數(shù)（如libc庫），可以用?–lc_p替換-lc。這樣程序會鏈接libc_p.so或libc_p.a。這非常重要，因為只有這樣才能監(jiān)控到底層的c庫函數(shù)的執(zhí)行時間，（例如memcpy()，memset()，sprintf()等）。

gcc?example1.c?–pg?-lc_p?-o?example1

注意要用ldd?./example?|?grep?libc來查看程序鏈接的是libc.so還是libc_p.so

8?用戶時間與內(nèi)核時間

gprof?的最大缺陷：它只能分析應(yīng)用程序在運行過程中所消耗掉的用戶時間，無法得到程序內(nèi)核空間的運行時間。通常來說，應(yīng)用程序在運行時既要花費一些時間來運行用戶代碼，也要花費一些時間來運行?“系統(tǒng)代碼”，例如內(nèi)核系統(tǒng)調(diào)用sleep()。

有一個方法可以查看應(yīng)用程序的運行時間組成，在?time?命令下面執(zhí)行程序。這個命令會顯示一個應(yīng)用程序的實際運行時間、用戶空間運行時間、內(nèi)核空間運行時間。

如?time?./program

輸出：

real????2m30.295s

user????0m0.000s

sys?????0m0.004s

9?注意事項

1.?g++在編譯和鏈接兩個過程，都要使用-pg選項。

2.?只能使用靜態(tài)連接libc庫，否則在初始化*.so之前就調(diào)用profile代碼會引起“segmentation?fault”，解決辦法是編譯時加上-static-libgcc或-static。

3.?如果不用g++而使用ld直接鏈接程序，要加上鏈接文件/lib/gcrt0.o，如ld?-o?myprog?/lib/gcrt0.o?myprog.o?utils.o?-lc_p。也可能是gcrt1.o

4.?要監(jiān)控到第三方庫函數(shù)的執(zhí)行時間，第三方庫也必須是添加?–pg?選項編譯的。

5.?gprof只能分析應(yīng)用程序所消耗掉的用戶時間.

6.?程序不能以demon方式運行。否則采集不到時間。（可采集到調(diào)用次數(shù)）

7.?首先使用?time?來運行程序從而判斷?gprof?是否能產(chǎn)生有用信息是個好方法。

8.?如果?gprof?不適合您的剖析需要，那么還有其他一些工具可以克服?gprof?部分缺陷，包括?OProfile?和?Sysprof。

9.?gprof對于代碼大部分是用戶空間的CPU密集型的程序用處明顯。對于大部分時間運行在內(nèi)核空間或者由于外部因素（例如操作系統(tǒng)的?I/O?子系統(tǒng)過載）而運行得非常慢的程序難以進行優(yōu)化。

10.?gprof?不支持多線程應(yīng)用，多線程下只能采集主線程性能數(shù)據(jù)。原因是gprof采用ITIMER_PROF信號，在多線程內(nèi)只有主線程才能響應(yīng)該信號。但是有一個簡單的方法可以解決這一問題：http://sam.zoy.org/writings/programming/gprof.html

11.?gprof只能在程序正常結(jié)束退出之后才能生成報告（gmon.out）。

a)?原因：?gprof通過在atexit()里注冊了一個函數(shù)來產(chǎn)生結(jié)果信息，任何非正常退出都不會執(zhí)行atexit()的動作，所以不會產(chǎn)生gmon.out文件。

b)?程序可從main函數(shù)中正常退出，或者通過系統(tǒng)調(diào)用exit()函數(shù)退出。

10?多線程應(yīng)用

gprof?不支持多線程應(yīng)用，多線程下只能采集主線程性能數(shù)據(jù)。原因是gprof采用ITIMER_PROF信號，在多線程內(nèi)只有主線程才能響應(yīng)該信號。

采用什么方法才能夠分析所有線程呢？關(guān)鍵是能夠讓各個線程都響應(yīng)ITIMER_PROF信號。可以通過樁子函數(shù)來實現(xiàn)，重寫pthread_create函數(shù)。

?gprof-helper.c

#define?_GNU_SOURCE

#include?<sys/time.h>

#include?<stdio.h>

#include?<stdlib.h>

#include?<dlfcn.h>

#include?<pthread.h>

static?void?*?wrapper_routine(void?*);

/*?Original?pthread?function?*/

static?int?(*pthread_create_orig)(pthread_t?*__restrict,

??????????????????????????????????__const?pthread_attr_t?*__restrict,

??????????????????????????????????void?*(*)(void?*),

??????????????????????????????????void?*__restrict)?=?NULL;

/*?Library?initialization?function?*/

void?wooinit(void)?__attribute__((constructor));

void?wooinit(void)

{

????pthread_create_orig?=?dlsym(RTLD_NEXT,?"pthread_create");

????fprintf(stderr,?"pthreads:?using?profiling?hooks?for?gprof/n");

????if(pthread_create_orig?==?NULL)

????{

????????char?*error?=?dlerror();

????????if(error?==?NULL)

????????{

????????????error?=?"pthread_create?is?NULL";

????????}

????????fprintf(stderr,?"%s/n",?error);

????????exit(EXIT_FAILURE);

????}

}

/*?Our?data?structure?passed?to?the?wrapper?*/

typedef?struct?wrapper_s

{

????void?*?(*start_routine)(void?*);

????void?*?arg;

????pthread_mutex_t?lock;

????pthread_cond_t??wait;

????struct?itimerval?itimer;

}?wrapper_t;

/*?The?wrapper?function?in?charge?for?setting?the?itimer?value?*/

static?void?*?wrapper_routine(void?*?data)

{

????/*?Put?user?data?in?thread-local?variables?*/

????void?*?(*start_routine)(void?*)?=?((wrapper_t*)data)->;start_routine;

????void?*?arg?=?((wrapper_t*)data)->;arg;

????/*?Set?the?profile?timer?value?*/

????setitimer(ITIMER_PROF,?&((wrapper_t*)data)->;itimer,?NULL);

????/*?Tell?the?calling?thread?that?we?don't?need?its?data?anymore?*/

????pthread_mutex_lock(&((wrapper_t*)data)->;lock);

????pthread_cond_signal(&((wrapper_t*)data)->;wait);

????pthread_mutex_unlock(&((wrapper_t*)data)->;lock);

????/*?Call?the?real?function?*/

????return?start_routine(arg);

}

/*?Our?wrapper?function?for?the?real?pthread_create()?*/

int?pthread_create(pthread_t?*__restrict?thread,

???????????????????__const?pthread_attr_t?*__restrict?attr,

???????????????????void?*?(*start_routine)(void?*),

???????????????????void?*__restrict?arg)

{

????wrapper_t?wrapper_data;

????int?i_return;

????/*?Initialize?the?wrapper?structure?*/

????wrapper_data.start_routine?=?start_routine;

????wrapper_data.arg?=?arg;

????getitimer(ITIMER_PROF,?&wrapper_data.itimer);

????pthread_cond_init(&wrapper_data.wait,?NULL);

????pthread_mutex_init(&wrapper_data.lock,?NULL);

????pthread_mutex_lock(&wrapper_data.lock);

????/*?The?real?pthread_create?call?*/

????i_return?=?pthread_create_orig(thread,

???????????????????????????????????attr,

???????????????????????????????????&wrapper_routine,

???????????????????????????????????&wrapper_data);

????/*?If?the?thread?was?successfully?spawned,?wait?for?the?data

?????*?to?be?released?*/

????if(i_return?==?0)

????{

????????pthread_cond_wait(&wrapper_data.wait,?&wrapper_data.lock);

????}

????pthread_mutex_unlock(&wrapper_data.lock);

????pthread_mutex_destroy(&wrapper_data.lock);

????pthread_cond_destroy(&wrapper_data.wait);

????return?i_return;

}

///

然后編譯成動態(tài)庫?gcc?-shared?-fPIC?gprof-helper.c?-o?gprof-helper.so?-lpthread?-ldl?

使用例子：

/a.c/

#include?<stdio.h>;

#include?<stdlib.h>;

#include?<unistd.h>;

#include?<pthread.h>;

#include?<string.h>;

void?fun1();

void?fun2();

void*?fun(void?*?argv);

int?main()

{

????????int?i?=0;

????????int?id;

????????pthread_t????thread[100];

????????for(i?=0?;i<?100;?i++)

????????{

????????????????id?=?pthread_create(&thread[i],?NULL,?fun,?NULL);

????????????????printf("thread?=%d/n",i);

????????}

????????printf("dsfsd/n");

????????return?0;

}

void*??fun(void?*?argv)

{

????????fun1();

????????fun2();

????????return?NULL;

}

void?fun1()

{

????????int?i?=?0;

????????while(i<100)

????????{

????????????????i++;????????

????????????????printf("fun1/n");

????????}????????

}

void?fun2()

{

????????int?i?=?0;

????????int?b;

????????while(i<50)

????????{

????????????????i++;

????????????????printf("fun2/n");

????????????????//b+=i;????????

????????}????????

}

///

gcc?-pg?a.c??gprof-helper.so

運行程序:

./a.out

分析gmon.out:

gprof?-b?a.out?gmon.out

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Linux性能评测工具之一：gprof篇的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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