今天小編要跟大家分享的文章是關(guān)于Linux性能分析中常用的工具perf介紹。系統(tǒng)級(jí)性能優(yōu)化通常包括兩個(gè)階段：性能剖析(performance profiling)和代碼優(yōu)化。性能剖析的目標(biāo)是尋找性能瓶頸，查找引發(fā)性能問(wèn)題的原因及熱點(diǎn)代碼。代碼優(yōu)化的目標(biāo)是針對(duì)具體性能問(wèn)題而優(yōu)化代碼或編譯選項(xiàng)，以改善軟件性能。本篇主要講性能分析中常用的工具——perf。下面來(lái)和小編一起看一看吧！

perf是一款Linux性能分析工具。Linux性能計(jì)數(shù)器是一個(gè)新的基于內(nèi)核的子系統(tǒng)，它提供一個(gè)性能分析框架，比如硬件(CPU、PMU(Performance

Monitoring Unit))功能和軟件(軟件計(jì)數(shù)器、tracepoint)功能。通過(guò)perf，應(yīng)用程序可以利用PMU、tracepoint和內(nèi)核中的計(jì)數(shù)器來(lái)進(jìn)行性能統(tǒng)計(jì)。它不但可以分析制定應(yīng)用程序的性能問(wèn)題(per

thread)，也可以用來(lái)分析內(nèi)核的性能問(wèn)題。

總之perf是一款很牛逼的綜合性分析工具，大到系統(tǒng)全局性性能，再小到進(jìn)程線程級(jí)別，甚至到函數(shù)及匯編級(jí)別。

一、調(diào)優(yōu)方向

可以從以下三種事件為調(diào)優(yōu)方向：

·?????Hardware Event由PMU部件產(chǎn)生，在特定的條件下探測(cè)性能事件是否發(fā)生以及發(fā)生的次數(shù)。比如cache命中。

·?????Software Event是內(nèi)核產(chǎn)生的事件，分布在各個(gè)功能模塊中，統(tǒng)計(jì)和操作系統(tǒng)相關(guān)性能事件。比如進(jìn)程切換，tick數(shù)等。

·?????Tracepoint Event是內(nèi)核中靜態(tài)tracepoint所觸發(fā)的事件，這些tracepoint用來(lái)判斷程序運(yùn)行期間內(nèi)核的行為細(xì)節(jié)(這些tracepint的對(duì)應(yīng)的sysfs節(jié)點(diǎn)在/sys/kernel/debug/tracing/events目錄下)。比如slab分配器的分配次數(shù)等。

二、perf的使用

序號(hào)

命令

作用

1

annotate

解析perf record生成的perf.data文件，顯示被注釋的代碼。

2

archive

根據(jù)數(shù)據(jù)文件記錄的build-id，將所有被采樣到的elf文件打包。利用此壓縮包，可以再任何機(jī)器上分析數(shù)據(jù)文件中記錄的采樣數(shù)據(jù)。

3

bench

perf中內(nèi)置的benchmark，目前包括兩套針對(duì)調(diào)度器和內(nèi)存管理子系統(tǒng)的benchmark。

4

buildid-cache

管理perf的buildid緩存，每個(gè)elf文件都有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的buildid。buildid被perf用來(lái)關(guān)聯(lián)性能數(shù)據(jù)與elf文件。

5

buildid-list

列出數(shù)據(jù)文件中記錄的所有buildid。

6

diff

對(duì)比兩個(gè)數(shù)據(jù)文件的差異。能夠給出每個(gè)符號(hào)(函數(shù))在熱點(diǎn)分析上的具體差異。

7

evlist

列出數(shù)據(jù)文件perf.data中所有性能事件。

8

inject

該工具讀取perf record工具記錄的事件流，并將其定向到標(biāo)準(zhǔn)輸出。在被分析代碼中的任何一點(diǎn)，都可以向事件流中注入其它事件。

9

kmem

針對(duì)內(nèi)核內(nèi)存(slab)子系統(tǒng)進(jìn)行追蹤測(cè)量的工具

10

kvm

用來(lái)追蹤測(cè)試運(yùn)行在KVM虛擬機(jī)上的Guest OS。

11

list

列出當(dāng)前系統(tǒng)支持的所有性能事件。包括硬件性能事件、軟件性能事件以及檢查點(diǎn)。

12

lock

分析內(nèi)核中的鎖信息，包括鎖的爭(zhēng)用情況，等待延遲等。

13

mem

內(nèi)存存取情況

14

record

收集采樣信息，并將其記錄在數(shù)據(jù)文件中。隨后可通過(guò)其它工具對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行分析。

15

report

讀取perf record創(chuàng)建的數(shù)據(jù)文件，并給出熱點(diǎn)分析結(jié)果。

16

sched

針對(duì)調(diào)度器子系統(tǒng)的分析工具。

17

script

執(zhí)行perl或python寫(xiě)的功能擴(kuò)展腳本、生成腳本框架、讀取數(shù)據(jù)文件中的數(shù)據(jù)信息等。

18

stat

執(zhí)行某個(gè)命令，收集特定進(jìn)程的性能概況，包括CPI、Cache丟失率等。

19

test

perf對(duì)當(dāng)前軟硬件平臺(tái)進(jìn)行健全性測(cè)試，可用此工具測(cè)試當(dāng)前的軟硬件平臺(tái)是否能支持perf的所有功能。

20

timechart

針對(duì)測(cè)試期間系統(tǒng)行為進(jìn)行可視化的工具

21

top

類似于linux的top命令，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。

22

trace

關(guān)于syscall的工具。

23

probe

用于定義動(dòng)態(tài)檢查點(diǎn)。

全局性概況：

perf list查看當(dāng)前系統(tǒng)支持的性能事件；

perf bench對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行摸底；

perf test對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行健全性測(cè)試；

perf stat對(duì)全局性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；

全局細(xì)節(jié)：

perf top可以實(shí)時(shí)查看當(dāng)前系統(tǒng)進(jìn)程函數(shù)占用率情況；

perf probe可以自定義動(dòng)態(tài)事件；

特定功能分析：

perf kmem針對(duì)slab子系統(tǒng)性能分析；

perf kvm針對(duì)kvm虛擬化分析；

perf lock分析鎖性能；

perf mem分析內(nèi)存slab性能；

perf sched分析內(nèi)核調(diào)度器性能；

perf trace記錄系統(tǒng)調(diào)用軌跡；

最常用功能perf record，可以系統(tǒng)全局，也可以具體到某個(gè)進(jìn)程，更甚具體到某一進(jìn)程某一事件；可宏觀，也可以很微觀。

pref record記錄信息到perf.data；

perf report生成報(bào)告；

perf diff對(duì)兩個(gè)記錄進(jìn)行diff；

perf evlist列出記錄的性能事件；

perf annotate顯示perf.data函數(shù)代碼；

perf archive將相關(guān)符號(hào)打包，方便在其它機(jī)器進(jìn)行分析；

perf script將perf.data輸出可讀性文本；

可視化工具perf timechart

perf timechart record記錄事件；

perf timechart生成output.svg文檔；

三、火焰圖

火焰圖(Flame Graph)是由Linux性能優(yōu)化大師Brendan Gregg發(fā)明的，和所有其他的trace和profiling方法不同的是，Flame Graph以一個(gè)全局的視野來(lái)看待時(shí)間分布，它從底部往頂部，列出所有可能的調(diào)用棧。其他的呈現(xiàn)方法，一般只能列出單一的調(diào)用?；蛘叻菍哟位臅r(shí)間分布。

以典型的分析CPU時(shí)間花費(fèi)到哪個(gè)函數(shù)的on-cpu火焰圖為例來(lái)展開(kāi)。CPU火焰圖中的每一個(gè)方框是一個(gè)函數(shù)，方框的長(zhǎng)度，代表了它的執(zhí)行時(shí)間，所以越寬的函數(shù)，執(zhí)行越久。火焰圖的樓層每高一層，就是更深一級(jí)的函數(shù)被調(diào)用，最頂層的函數(shù)，是葉子函數(shù)。

火焰圖的生成過(guò)程是：

1.??先trace系統(tǒng)，獲取系統(tǒng)的profiling數(shù)據(jù)

2.??用腳本來(lái)繪制

腳本獲取：git?clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph

下面通過(guò)實(shí)例來(lái)體驗(yàn)以下火焰圖的生成過(guò)程：

#include?

func_d()

{

int?i;

for(i=0;i<50000;i++);

}

func_a()

{

int?i;

for(i=0;i<100000;i++);

func_d();

}

func_b()

{

int?i;

for(i=0;i<200000;i++);

}

func_c()

{

int?i;

for(i=0;i<300000;i++);

}

void*?thread_fun(void*?param)

{

while(1)?{

int?i;

for(i=0;i<100000;i++);

func_a();

func_b();

func_c();

}

}

int?main(void)

{

pthread_t?tid1,tid2;

int?ret;

ret=pthread_create(&tid1,NULL,thread_fun,NULL);

if(ret==-1){

...

}

ret=pthread_create(&tid2,NULL,thread_fun,NULL);

...

if(pthread_join(tid1,NULL)!=0){

...

}

if(pthread_join(tid2,NULL)!=0){

...

}

return?0;

}

先用類似perf top分析出來(lái)CPU時(shí)間主要花費(fèi)在哪里：

$ gcc test.c -pthread

$ ./a.out&

$ sudo perf top

perf top提示出來(lái)了fun_a()、fun_b()、fun_c(),

fun_d()，thread_func()這些函數(shù)內(nèi)部的代碼是CPU消耗大戶，但是它缺乏一個(gè)全局的視野，我們無(wú)法看出全局的調(diào)用棧，也弄不清楚這些函數(shù)之間的關(guān)系?；鹧鎴D則不然，我們用下面的命令可以生成火焰圖(以root權(quán)限運(yùn)行)：

$ perf record -F 99 -a -g -- sleep 60

$ perf script | ./stackcollapse-perf.pl > out.perf-folded

$ ./flamegraph.pl out.perf-folded > perf-kernel.svg

上述程序捕獲系統(tǒng)的行為60秒鐘，最后調(diào)用flamegraph.pl生成一個(gè)火焰圖perf-kernel.svg，用看圖片的工具就可以打開(kāi)這個(gè)svg。

上述火焰圖顯示出了a.out中，thread_func()、func_a()、func_b()、fun_c()和func_d()的時(shí)間分布。

從上述火焰圖可以看出，雖然thread_func()被兩個(gè)線程調(diào)用，但是由于thread_func()之前的調(diào)用棧是一樣的，所以2個(gè)線程的thread_func()調(diào)用是合并為同一個(gè)方框的。

除了on-cpu的火焰圖以外，off-cpu的火焰圖，對(duì)于分析系統(tǒng)堵在IO、SWAP、取得鎖方面的幫助很大，有利于分析系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)候究竟在等待什么，系統(tǒng)資源之間的彼此伊伴。

比如，下面的火焰圖顯示，nginx的吞吐能力上不來(lái)的很多程度原因在于sem_wait()等待信號(hào)量。

關(guān)于火焰圖的更多細(xì)節(jié)和更多種火焰圖各自的功能，可以訪問(wèn)：

http://www.brendangregg.com/flamegraphs.html

以上就是小編今天為大家分享的關(guān)于Linux性能分析中常用的工具perf介紹的文章，希望本篇文章能夠?qū)φ趶氖翷inux運(yùn)維工作的小伙伴們有所幫助，想要了解更多Linux相關(guān)知識(shí)記得關(guān)注達(dá)內(nèi)Linux培訓(xùn)官網(wǎng)，最后祝愿小伙伴們工作順利，成為一名優(yōu)秀的Linux運(yùn)維工程師。

文章來(lái)源于人人都是極客?，作者布道師Peter

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux性能监控工具perf,Linux性能分析中常用的工具perf介绍的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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