Linux 浅谈之性能分析工具 perf

HELLO，各位博友好，我是阿呆 🙈🙈🙈

这里是 Linux 浅谈系列，收录在操作系统专栏中 😜😜😜

本系列将记录一些阿呆个人整理的 OS 相关知识 🏃🏃🏃

OK，兄弟们，废话不多直接开冲 🌞🌞🌞

一 🏠 概述

什么是 PERF

perf 是一个 Linux 性能分析工具，它利用 PMU、tracepoint 和内核计数器来进行性能统计

内核计数器是一个基于内核的子系统，它提供一个性能分析框架，比如硬件（CPU、PMU( Performance Monitoring Unit ) 功能和软件 (软件计数器、tracepoint) 功能

什么是 PMU

性能监视单元（Performance Monitor Unit），CPU 提供的一个单元（硬件），通过访问相关寄存器读取 CPU 的一些性能数据

内存读写很快，但是无法和处理器指令执行速度相比。cache 是一种 SRAM，读写速度非常快，能和处理器相匹配。因此将常用的数据保存在 cache 中，处理器便无需等待，从而提高性能

tracepoints

tracepoints 是内核源码中的一些 hook，在特定代码被执行时触发，该特性可被各种trace/debug 工具所使用

perf 将 tracepoint 时间记录下来，生成报告，分析这些报告，调优人员便可以了解程序运行期间内核的各种细节，tracepint 对应的 sysfs 节点在 /sys/kernel/debug/tracing/events 目录

PERF 整体架构

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-WGmW4F2f-1677034090822)(E:\2022年MD文档\2023 年 MD文档\二月\操作系统\Linux 浅谈之性能分析工具 perf.assets\1676896375395.png)]$

二 🏠 核心

PERF 使用

事件分为三种

Hardware Event PMU 部件产生，探测性能事件的发生次数（如 cache 命中）
Software Event 内核产生，统计和操作系统性能相关事件（如进程切换）
Tracepoint Event 静态 tracepoint 触发事件（判断程序运行期内核行为，分配器分配次数）

perf --help 可看到 perf 二级命令

perf list

perf list查看当前系统支持的性能事件

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-xa9XIrMe-1677034090823)(E:\2022年MD文档\2023 年 MD文档\二月\操作系统\Linux 浅谈之性能分析工具 perf.assets\1676897086463.png)]$

perf top

perf top 类似 top 命令，实时分析各函数在某性能事件的热度，快速定位热点函数

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Z0F26RBE-1677034090824)(E:\2022年MD文档\2023 年 MD文档\二月\操作系统\Linux 浅谈之性能分析工具 perf.assets\1676897154333.png)]$

perf stat

用于输出指定程序的性能统计数据

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-yLFgteQJ-1677034090824)(E:\2022年MD文档\2023 年 MD文档\二月\操作系统\Linux 浅谈之性能分析工具 perf.assets\1676897212741.png)]$

perf record

perf record 收集采样信息，并记录在文件中，可离线分析

常用方式 perf record

-e 指定事件

-p 指定进程

-g 生成调用关系（类似gcc中-g）

-o 输出文件名

更多参数参考 perf record --help

perf report

perf report 分析 perf record 生成的 perf.data 文件

常用参数：-i：指定输入文件

火焰图制作与解读

火焰图是基于 perf 结果产生的 SVG 图片，用来展示 CPU 的调用栈

y 轴表示调用栈，每一层是一个函数，调用栈越深，火焰就越高，顶部就是正在执行的函数，下方都是它的父函数

x 轴表示抽样数，如果一个函数在 x 轴占据的宽度越宽，就表示它被抽到的次数多，即执行的时间长（x 轴不代表时间，而是所有的调用栈合并后，按字母顺序排列的）

火焰图就是看顶层的哪个函数占据的宽度最大。只要有平顶，就表示该函数可能存在性能问题

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-uygcmEr3-1677034090825)(E:\2022年MD文档\2023 年 MD文档\二月\操作系统\Linux 浅谈之性能分析工具 perf.assets\1676897438542.png)]$

常用操作

先用 top -Hp + 进程号
执行 SQL, 占用 CPU 最高的那个线程号应该就是要抓的线程
用 perf record -g --call-graph dwarf -e cpu-clock -F 1000 -t 线程号 -o perf.data 
抓取, 等 SQL 结束 ctrl + c 结束掉
用 perf report -i perf.data --no-ch //查看data文件内容