本文主要是介绍Linux Perf性能分析常用手段(火焰图,gprof,kernelshark,bts)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
系统级性能优化通常包括两个阶段：性能剖析（performance profiling）和代码优化。性能剖析的目标是寻找性能瓶颈，查找引发性能问题的原因及热点代码。代码优化的目标是针对具体性能问题而优化代码或编译选项，以改善软件性能。本篇主要讲性能分析中常用的工具——perf。
Perf 原理如下图所示：
Perf依赖如下组建实现功能：
1）PMU：性能监控单元(Performance Monitor Unit), CPU提供的一个性能监视单元，用于统计CPU性能数据；
2）Tracepoint：散落在内核源代码中的一些 hook，它们可以在特定的代码被运行到时被触发，这一特性可以被各种 trace/debug 工具所使用。
3）内核运行状态计数，例如: 1) 进程切换 2) Page fault 3) 中断计数，记录在内核数据中。
perf event事件分为三种：
- Hardware Event由PMU部件产生，在特定的条件下探测性能事件是否发生以及发生的次数。比如cache命中。
- Software Event是内核产生的事件，分布在各个功能模块中，统计和操作系统相关性能事件。比如进程切换，tick数等。
- Tracepoint Event是内核中静态tracepoint所触发的事件，这些tracepoint用来判断程序运行期间内核的行为细节，比如slab分配器的分配次数等。
下面开始介绍Perf的使用：
0:编译Perf
安装依赖：
sudo apt-get install libgtk2.0-dev libaudit-dev libdwarf-dev libbfd-dev libnuma-dev libperl-dev libzstd-dev libdw-dev
Perf是开源代码，你可以选择安装DEB包的方式使用，也是自行编译。任何人都可以下载编译，Perf代码在LINUX内核目录树中，进入内核tools/perf目录，执行 make
如果想用gdb debug perf，则需要修改MAKEFILE重新编译：
export DEBUG=1之后修改tools/perf/Makefile.config，将编译优化级别降低为-O0.
1.安装perf
$ uname -r
5.4.0-81-generic
$ sudo apt install linux-tools-common
$ sudo apt install linux-tools-5.4.0-81-generic
$ sudo apt install trace-cmd
$ sudo apt install kernelshark
$ sudo apt-get install linux-tools-common linux-tools-"$(uname -r)" linux-cloud-tools-"$(uname -r)" linux-tools-generic linux-cloud-tools-generic
2.生成data:
使用方法，以分析pid为123456的cpu-clock情况，延时5秒，并查看函数调用
sudo perf record -p 123456 -g -e cpu-clock sleep 5
生成perf.data，下面拿一个进行堆排序的程序为例,对齐进行火焰图分析：
czl@czl-VirtualBox:~/flame$ pidof a.out
10007
czl@czl-VirtualBox:~/flame$ sudo perf record -F 99 -p 10007 -g -- sleep 30
[ perf record: Woken up 1 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 0.100 MB perf.data (747 samples) ]
czl@czl-VirtualBox:~/flame$ 
perf record 表示采集系统事件, 没有使用 -e 指定采集事件, 则默认采集 cycles(即 CPU clock 周期), -F 99 表示每秒 99 次, -p 13204 是进程号, 即对哪个进程进行分析, -g 表示记录调用栈, sleep 30 则是持续 30 秒.-F 指定采样频率为 99Hz(每秒99次), 如果 99次 都返回同一个函数名, 那就说明 CPU 这一秒钟都在执行同一个函数, 可能存在性能问题.
此时生成的perf.data已经包含了这段时间内的系统采样信息，保存下来的静态信息可以用来进行下一步的分析，这样做的好处是可以不用实时在线，后续可以用离线的数据进行分析。比如，可以执行如下命令，看一下当前数据代表的perf top输出。
$ sudo perf report -i perf.data
热点汇编指令：
3.分析perf.data
执行如下命令
sudo perf report -n --stdio# To display the perf.data header info, please use --header/--header-only options.
#
#
# Total Lost Samples: 0
#
# Samples: 747 of event 'cpu-clock:pppH'
# Event count (approx.): 7545454470
#
# Children Self Samples Command Shared Object Symbol
# ........ ........ ............ ....... ................. ..................................
#70.41% 5.89% 44 a.out libc-2.27.so [.] __GI___libc_write| |--64.52%--__GI___libc_write| entry_SYSCALL_64_after_hwframe| | | --64.39%--do_syscall_64| | | |--42.03%--__x64_sys_write| | ksys_write| | | | | |--39.89%--vfs_write| | | | | | | --38.42%--__vfs_write| | | | | | | --38.02%--tty_write| | | | | | | |--35.07%--n_tty_write| | | | | | | | | |--21.02%--mutex_lock| | | | | | | | | | | --20.62%--_cond_resched| | | | | | | | | | | --20.35%--__schedule| | | | | | | | | | | --20.21%--finish_task_switch| | | | | | | | | |--5.35%--pty_write| | | | | | | | | | | |--4.28%--tty_flip_buffer_push| | | | | | | | | | | | | --4.15%--queue_work_on| | | | | | | | | | | --0.80%--__lock_text_start| | | | | | | | | |--3.88%--do_output_char| | | | | | | | | | | --3.75%--pty_write| | | | | | | | | | | |--2.95%--tty_flip_buffer_push| | | | | | queue_work_on| | | | | | | | | | | --0.67%--__lock_text_start| | | | | | | | | |--1.07%--wait_woken| | | | | schedule_timeout| | | | | schedule| | | | | __schedule| | | | | finish_task_switch| | | | | | | | | --0.54%--tty_write_room| | | | tty_buffer_space_avail| | | | | | | --0.80%--__virt_addr_valid| | | | | --1.47%--__fdget_pos| | | | | --1.34%--__fget_light| | | --20.88%--exit_to_usermode_loop| | | --20.62%--schedule| | | --20.48%--__schedule| | | --20.35%--finish_task_switch| |--1.07%--0x3020203120203220| __GI___libc_write| |--0.94%--0x3220203120203020| __GI___libc_write| |--0.80%--0x3620203420203720| __GI___libc_write| |--0.67%--0x3520203420203620| __GI___libc_write| |--0.67%--0x3220203320203420| __GI___libc_write| |--0.54%--0x3220203420203520| __GI___libc_write| --0.54%--0x3220203020203120__GI___libc_write64.52% 0.00% 0 a.out [kernel.kallsyms] [k] entry_SYSCALL_64_after_hwframe|---entry_SYSCALL_64_after_hwframe| --64.39%--do_syscall_64| |--42.03%--__x64_sys_write| ksys_write| | | |--39.89%--vfs_write| | | | | --38.42%--__vfs_write| | | | | --38.02%--tty_write| | | | | |--35.07%--n_tty_write| | | | | | | |--21.02%--mutex_lock| | | | | | | | | --20.62%--_cond_resched| | | | | | | | | --20.35%--__schedule| | | | | | | | | --20.21%--finish_task_switch| | | | | | | |--5.35%--pty_write| | | | | | | | | |--4.28%--tty_flip_buffer_push| | | | | | | | | | | --4.15%--queue_work_on| | | | | | | | | --0.80%--__lock_text_start| | | | | | | |--3.88%--do_output_char| | | | | | | | | --3.75%--pty_write| | | | | | | | | |--2.95%--tty_flip_buffer_push| | | | | queue_work_on| | | | | | | | | --0.67%--__lock_text_start| | | | | | | |--1.07%--wait_woken| | | | schedule_timeout| | | | schedule| | | | __schedule| | | | finish_task_switch| | | | | | | --0.54%--tty_write_room| | | tty_buffer_space_avail| | | | | --0.80%--__virt_addr_valid| | | --1.47%--__fdget_pos| | | --1.34%--__fget_light| --20.88%--exit_to_usermode_loop| --20.62%--schedule| --20.48%--__schedule| --20.35%--finish_task_switch64.39% 1.47% 11 a.out [kernel.kallsyms] [k] do_syscall_64| --62.92%--do_syscall_64| |--42.03%--__x64_sys_write| ksys_write| | | |--39.89%--vfs_write| | | | | --38.42%--__vfs_write| | | | | --38.02%--tty_write| | | | | |--35.07%--n_tty_write| | | | | | | |--21.02%--mutex_lock| | | | | | | | | --20.62%--_cond_resched| | | | | | | | | --20.35%--__schedule| | | | | | | | | --20.21%--finish_task_switch| | | | | | | |--5.35%--pty_write| | | | | | | | | |--4.28%--tty_flip_buffer_push| | | | | | | | | | | --4.15%--queue_work_on| | | | | | | | | --0.80%--__lock_text_start| | | | | | | |--3.88%--do_output_char| | | | | | | | | --3.75%--pty_write| | | | | | | | | |--2.95%--tty_flip_buffer_push| | | | | queue_work_on| | | | | | | | | --0.67%--__lock_text_start| | | | | | | |--1.07%--wait_woken| | | | schedule_timeout| | | | schedule| | | | __schedule| | | | finish_task_switch| | | | | | | --0.54%--tty_write_room| | | tty_buffer_space_avail| | | | | --0.80%--__virt_addr_valid| | | --1.47%--__fdget_pos| | | --1.34%--__fget_light| --20.88%--exit_to_usermode_loop| --20.62%--schedule| --20.48%--__schedule| --20.35%--finish_task_switch42.17% 0.13% 1 a.out [kernel.kallsyms] [k] __x64_sys_write| --42.03%--__x64_sys_writeksys_write| |--39.89%--vfs_write| | | --38.42%--__vfs_write| | | --38.02%--tty_write| | | |--35.07%--n_tty_write| | | | | |--21.02%--mutex_lock| | | | | | | --20.62%--_cond_resched| | | | | | | --20.35%--__schedule| | | | | | | --20.21%--finish_task_switch| | | | | |--5.35%--pty_write| | | | | | | |--4.28%--tty_flip_buffer_push| | | | | | | | | --4.15%--queue_work_on| | | | | | | --0.80%--__lock_text_start| | | | | |--3.88%--do_output_char| | | | | | | --3.75%--pty_write| | | | | | | |--2.95%--tty_flip_buffer_push| | | | queue_work_on| | | | | | | --0.67%--__lock_text_start| | | | | |--1.07%--wait_woken| | | schedule_timeout| | | schedule| | | __schedule| | | finish_task_switch| | | | | --0.54%--tty_write_room| | tty_buffer_space_avail| | | --0.80%--__virt_addr_valid| --1.47%--__fdget_pos| --1.34%--__fget_light42.03% 0.13% 1 a.out [kernel.kallsyms] [k] ksys_write| --41.90%--ksys_write| |--39.89%--vfs_write| | | --38.42%--__vfs_write| | | --38.02%--tty_write| | | |--35.07%--n_tty_write| | | | | |--21.02%--mutex_lock| | | | | | | --20.62%--_cond_resched| | | | | | | --20.35%--__schedule| | | | | | | --20.21%--finish_task_switch| | | | | |--5.35%--pty_write| | | | | | | |--4.28%--tty_flip_buffer_push| | | | | | | | | --4.15%--queue_work_on| | | | | | | --0.80%--__lock_text_start| | | | | |--3.88%--do_output_char| | | | | | | --3.75%--pty_write| | | | | | | |--2.95%--tty_flip_buffer_push| | | | queue_work_on| | | | | | | --0.67%--__lock_text_start| | | | | |--1.07%--wait_woken| | | schedule_timeout| | | schedule| | | __schedule| | | finish_task_switch| | | | | --0.54%--tty_write_room| | tty_buffer_space_avail| | | --0.80%--__virt_addr_valid| --1.47%--__fdget_pos| --1.34%--__fget_light41.90% 0.27% 2 a.out [kernel.kallsyms] [k] __schedule| --41.63%--__schedulefinish_task_switch41.63% 41.63% 311 a.out [kernel.kallsyms] [k] finish_task_switch| |--7.36%--0x3220203120203020| __GI___libc_write| entry_SYSCALL_64_after_hwframe| do_syscall_64| | | |--5.35%--exit_to_usermode_loop| | schedule| | __schedule| | finish_task_switch| | | --2.01%--__x64_sys_write| ksys_write| vfs_write| __vfs_write| tty_write| n_tty_write| mutex_lock| _cond_resched| __schedule| finish_task_switch| |--5.35%--0x3220203020203120| __GI___libc_write| entry_SYSCALL_64_after_hwframe| do_syscall_64| | | |--2.81%--exit_to_usermode_loop| | schedule| | __schedule| | finish_task_switch| | | --2.54%--__x64_sys_write| ksys_write| vfs_write| __vfs_write| tty_write| n_tty_write| | | --2.28%--mutex_lock| _cond_resched| __schedule| finish_task_switch| |--5.09%--0x3220203120203320| __GI___libc_write| entry_SYSCALL_64_after_hwframe| do_syscall_64| | | |--2.54%--__x64_sys_write| | ksys_write| | vfs_write| | __vfs_write| | tty_write| | n_tty_write| | mutex_lock| | _cond_resched| | __schedule| | finish_task_switch| | | --2.54%--exit_to_usermode_loop| schedule| __schedule| finish_task_switch| |--4.55%--0x3620203720203820| __GI___libc_write| entry_SYSCALL_64_after_hwframe| do_syscall_64| | | |--2.68%--__x64_sys_write| | ksys_write| | vfs_write| | __vfs_write| | tty_write| | n_tty_write| | mutex_lock| | _cond_resched| | __schedule| | finish_task_switch| | | --1.87%--exit_to_usermode_loop| schedule| __schedule| finish_task_switch| |--4.28%--0x3220203420203520| __GI___libc_write| entry_SYSCALL_64_after_hwframe| do_syscall_64| | | |--2.68%--__x64_sys_write| | ksys_write| | vfs_write| | __vfs_write| | tty_write| | n_tty_write| | mutex_lock| | _cond_resched| | __schedule| | finish_task_switch| | | --1.61%--exit_to_usermode_loop| schedule| __schedule| finish_task_switch| |--4.15%--0x3520203420203620| __GI___libc_write| entry_SYSCALL_64_after_hwframe| do_syscall_64| | | |--2.28%--__x64_sys_write| | ksys_write| | vfs_write| | __vfs_write| | tty_write| | n_tty_write| | mutex_lock| | _cond_resched| | __schedule| | finish_task_switch| | | --1.87%--exit_to_usermode_loop| schedule| __schedule| finish_task_switch| |--4.15%--0x3220203320203420| __GI___libc_write| entry_SYSCALL_64_after_hwframe| do_syscall_64| | | |--2.68%--__x64_sys_write| | ksys_write| | vfs_write| | __vfs_write| | tty_write| | n_tty_write| | | | | --2.41%--mutex_lock| | _cond_resched| | __schedule| | finish_task_switch| | | --1.47%--exit_to_usermode_loop| schedule| __schedule| finish_task_switch| |--4.02%--0x3620203420203720| __GI___libc_write| entry_SYSCALL_64_after_hwframe| do_syscall_64| | | |--2.68%--__x64_sys_write| | ksys_write| | vfs_write| | __vfs_write| | tty_write| | n_tty_write| | | | | |--2.14%--mutex_lock| | | _cond_resched| | | __schedule| | | finish_task_switch| | | | | --0.54%--wait_woken| | schedule_timeout| | schedule| | __schedule| | finish_task_switch| | | --1.34%--exit_to_usermode_loop| schedule| __schedule| finish_task_switch| --2.68%--0x3020203120203220__GI___libc_writeentry_SYSCALL_64_after_hwframedo_syscall_64| |--1.47%--exit_to_usermode_loop| schedule| __schedule| finish_task_switch| --1.20%--__x64_sys_writeksys_writevfs_write__vfs_writetty_writen_tty_writemutex_lock_cond_resched__schedulefinish_task_switch39.89% 0.54% 这篇关于Linux Perf性能分析常用手段(火焰图,gprof,kernelshark,bts)的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
