本文先介绍了linux下perf工具的使用场景，然后对命令行安装和源码编译安装两种方式做了说明，接下来通过最简单的perf top命令给出perf的直观印象，最后通过perf record生成火焰图的方式说明如何发现进程中的函数热点。
一、perf工具介绍
perf，也叫perf_events，最初被称为Linux的性能计数器，是Linux中的一种性能分析工具，自2009年的Linux内核版本2.6.31起可用。
通过命令行方式访问，并提供一系列子命令，能对整个系统（包括内核和用户空间代码）进行统计分析。
支持硬件性能计数器、跟踪点、软件性能计数器（例如hrtimer）以及动态探针（例如kprobes或uprobes）。
2012年，两位IBM工程师将perf（以及OProfile）认定为Linux上最常用的两种性能计数器分析工具之一。
二、应用场景
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CPU性能分析：Perf可以监测程序的CPU使用情况，包括每个函数的执行时间和调用次数，帮助找出CPU密集型程序的性能瓶颈。
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内存性能分析：Perf工具可以监测程序的内存分配和释放情况，帮助开发者发现内存泄漏等问题。使用perf mem -p 命令可以监测特定进程的内存使用情况。
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线程性能分析：Perf工具还可以用于分析多线程程序的运行情况，包括线程的创建、销毁和调度等，对优化多线程程序的性能有帮助。
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实时性能监控：perf top命令可以实时显示程序的运行数据，类似于top命令，能够实时查看程序的CPU占用率和调用栈等信息。
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性能数据统计：perf stat命令可以统计程序的运行数据，显示程序的CPU占用率、上下文切换次数、内存访问次数等指标。
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系统瓶颈定位：Perf工具能够帮助系统管理员快速发现系统中的性能问题，并采取相应措施进行优化，如使用perf top实时监控耗费CPU资源的函数。
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硬件性能评估：Perf工具也可用于评估硬件性能，如使用perf bench命令进行内置基准测试，测试内存带宽等。
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生成火焰图：Perf可以结合FlameGraph工具生成火焰图，这是一种可视化方法，通过火焰图可以直观地看出程序中哪些部分占用了更多的资源，从而帮助开发者进行性能调优。
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长时间监控与分析：Perf工具可以用于长时间的系统性能监控，例如记录全系统性能数据，持续时间可以长达一天。
三、perf安装
1. 通过命令行方式安装
sudo apt install linux-tools-common
sudo apt install linux-tools-generic
注意：在命令行中输入perf可验证是否安装成功
2. 通过编译方式安装
当嵌入式板端环境限制，无法通过apt-get安装情况下，可以在开发环境下编译好打包后放到板子。
注意：请根据使用的linux内核版本编译对应的perf工具
2.1 查看linux内核版本
cat /proc/version
2.2 下载linux内涵源码
# 可以在这个网站选择对应内核版本下载：https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/
curl -o linux-source.4.9.253.tar.gz https://mirrors.edge.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.9.253.tar.gz
2.3 编译perf工具
cd linux-4.14.61
make -C tools/perf/
注意：出了get_cpuid这个缺失并不影响外，其他的尽量都安装一下
2.4 安装
# 编译过之后，perf在 tools/perf/perf
# 通过ldd查看perf的依赖库，将对应的依赖库（非系统库）一起打包
make -C tools/perf help
make prefix=./install install
四、perf使用
1. perf查看支持事件
perf list
2. perf top实时查看进程CPU和调用堆栈
perf top -g -p $PID
3. perf record记录数据并生成火焰图
火焰图是一种最直观的查看应用程序性能的可视化工具，通过火焰图可以快速定位程序性能瓶颈
3.1 采集perf数据
注意：数据采集和转换成unfold数据必须在待测试程序在运行的机器上执行
# -F可以指定采集频率，如果CPU性能不行，可以适当降低数值
# 后台采集120秒数据
perf record -p ${pid} -a -g -F 3000 -o myappperf.data -- sleep 120 &
# 采集完成后需要生成unfold数据，这一步耗时较长，但是
perf script -i ${perf_data_file} &> myappperf.unfold
3.2 生成火焰图
这一步可以在任意一台机器上运行
# 安装c++filt ，这个工具主要是将c++符号转化为更适合人看的格式
sudo apt-get install c++filt
# 下载将perf数据生成火焰图的工具
git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph.git
# 生成火焰图
cd FlameGraph
./stackcollapse-perf.pl myappperf.unfold | c++filt &> myappperf.folded
./flamegraph.pl myappperf.folded > myappperf.svg
3.3 查看火焰图
使用google浏览器就可以查看火焰图，点击每个函数名可以查看具体信息
3.4 根据火焰图查看热点函数
火焰图中每个函数上都有对应的百分比数值，代表了这个函数在进程中的占用时间
耗时较多的函数一般也是程序热点函数，对这些函数进行优化，可以显著提高程序性能
