Linux perf 簡(jiǎn)要介紹

一、引言 (Introduction)

簡(jiǎn)要介紹Linux perf (Brief Introduction to Linux perf)

Linux perf（性能分析工具）是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的性能剩余工具，它可以在Linux系統(tǒng)上檢測(cè)和調(diào)試各種性能問(wèn)題。Linux內(nèi)核集成了perf工具，可用于探測(cè)內(nèi)核性能事件、硬件性能計(jì)數(shù)器以及用戶(hù)級(jí)應(yīng)用程序性能事件。

perf工具可以用于剖析（profile）應(yīng)用程序，從而找出瓶頸和優(yōu)化點(diǎn)，以提高系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。它支持多種統(tǒng)計(jì)和視圖模式，能夠?yàn)殚_(kāi)發(fā)人員和系統(tǒng)管理員提供深入的性能分析。

為什么了解perf對(duì)Linux用戶(hù)至關(guān)重要 (Why Understanding perf is Crucial for Linux Users)

了解并掌握perf工具對(duì)Linux用戶(hù)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，原因有以下幾點(diǎn)：

a) 性能優(yōu)化：perf可以幫助開(kāi)發(fā)者發(fā)現(xiàn)程序中的性能瓶頸，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)對(duì)代碼的性能分析，開(kāi)發(fā)者能夠更有效地找出影響性能的關(guān)鍵部分，從而改進(jìn)程序。

b) 系統(tǒng)監(jiān)控：系統(tǒng)管理員可以使用perf實(shí)時(shí)監(jiān)控Linux系統(tǒng)的資源使用情況，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在問(wèn)題，確保系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行。

c) 問(wèn)題定位：在面對(duì)復(fù)雜的性能問(wèn)題時(shí)，perf能夠提供詳細(xì)的分析數(shù)據(jù)，幫助開(kāi)發(fā)者和系統(tǒng)管理員精確定位問(wèn)題根源，提高解決問(wèn)題的效率。

d) 學(xué)習(xí)與理解：perf不僅僅是一個(gè)性能分析工具，還能幫助用戶(hù)更深入地了解Linux系統(tǒng)的運(yùn)行原理。通過(guò)使用perf，用戶(hù)可以更好地理解Linux內(nèi)核的工作機(jī)制，從而在開(kāi)發(fā)和維護(hù)過(guò)程中做出更明智的決策。

總之，熟練掌握Linux perf工具可以幫助開(kāi)發(fā)者和系統(tǒng)管理員提高系統(tǒng)性能、解決問(wèn)題和優(yōu)化系統(tǒng)資源。從而使得Linux系統(tǒng)運(yùn)行更加穩(wěn)定、高效，滿(mǎn)足用戶(hù)需求。

二、perf工具概覽 (Overview of perf Tool)

perf工具的來(lái)源與發(fā)展 (Origin and Development of perf Tool)

perf工具最早源于Linux內(nèi)核開(kāi)發(fā)者對(duì)性能分析需求的不斷增長(zhǎng)。2009年，Ingo Molnar率先引入了perf工具，并將其合并進(jìn)Linux內(nèi)核版本2.6.31。隨著時(shí)間的推移，perf工具得到了持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展，成為了Linux內(nèi)核開(kāi)發(fā)者和系統(tǒng)管理員日常工具的重要組成部分。

perf工具在Linux內(nèi)核社區(qū)的支持下，不斷地?cái)U(kuò)展了其功能和性能分析領(lǐng)域。與此同時(shí)，硬件制造商也開(kāi)始支持perf工具，為各種處理器和平臺(tái)提供特定的性能計(jì)數(shù)器。如今，perf工具已經(jīng)成為L(zhǎng)inux內(nèi)核中一款功能強(qiáng)大且廣泛應(yīng)用的性能分析工具。

perf工具的核心組件 (Core Components of perf Tool)

perf工具主要包括以下幾個(gè)核心組件：

a) perf事件：perf事件是perf工具的基礎(chǔ)，代表了一個(gè)特定的性能度量。事件可以是內(nèi)核、硬件或用戶(hù)級(jí)應(yīng)用程序產(chǎn)生的。這些事件可以用于監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)和剖析各種性能指標(biāo)。

b) perf計(jì)數(shù)器：計(jì)數(shù)器是用于記錄perf事件發(fā)生次數(shù)的設(shè)備。內(nèi)核與硬件之間的接口由內(nèi)核提供，以便于硬件計(jì)數(shù)器和perf工具之間的通信。

c) perf命令行工具：perf命令行工具是用戶(hù)與perf工具進(jìn)行交互的主要方式。它提供了一系列子命令，如stat、record、report等，用于控制和分析性能數(shù)據(jù)。

d) perf數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：perf工具會(huì)將收集到的性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在特定格式的文件中，以便后續(xù)進(jìn)行分> > 析。用戶(hù)可以使用perf report命令讀取這些文件，并以多種方式展示性能數(shù)據(jù)。

e) perf分析器：分析器是perf工具的核心組件之一，負(fù)責(zé)對(duì)收集到的性能數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。它能夠生成詳細(xì)的報(bào)告，揭示系統(tǒng)和應(yīng)用程序中的性能瓶頸和優(yōu)化點(diǎn)。

通過(guò)這些核心組件，perf工具為L(zhǎng)inux用戶(hù)提供了強(qiáng)大而靈活的性能分析功能，幫助用戶(hù)優(yōu)化系統(tǒng)性能、解決問(wèn)題和了解Linux系統(tǒng)運(yùn)行原理。

三、perf的基本命令與用法 (Basic Commands and Usage of perf)

perf list：查看可用事件 (perf list: Viewing Available Events)

使用 perf list 命令可以查看系統(tǒng)中可用的perf事件列表。這些事件包括硬件事件、軟件事件和內(nèi)核跟蹤點(diǎn)等。通過(guò)這些事件，用戶(hù)可以選擇要監(jiān)控的性能指標(biāo)。

$ perf list

以下是 perf list 可用的參數(shù)：

1. -F 或 --fields：指定用于描述事件的輸出字段?？梢赃x擇多個(gè)字段，使用逗號(hào)分隔。例如，-F event,desc 將輸出事件名稱(chēng)和描述。
2. -H 或 --show-hierarchy：以層次結(jié)構(gòu)形式展示事件列表。
3. --help：顯示幫助信息，包括可用參數(shù)和簡(jiǎn)要說(shuō)明。
4. --filter：將事件列表過(guò)濾為與指定字符串匹配的事件。

perf stat：查看性能統(tǒng)計(jì)信息 (perf stat: Viewing Performance Statistics)

perf stat 命令用于收集和顯示性能計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)信息。它可以針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)或特定進(jìn)程收集數(shù)據(jù)，并顯示事件的發(fā)生次數(shù)、占比等信息。

$ perf stat [options] [command]

以下是 perf stat 的一些常用參數(shù)：

1. -e 或 --event：指定要收集的事件類(lèi)型，例如：cache-misses, instructions 等。
2. -p 或 --pid：指定要監(jiān)視的進(jìn)程ID。
3. -t 或 --tid：指定要監(jiān)視的線(xiàn)程ID。
4. -a 或 --all-cpus：監(jiān)視所有CPU，而不僅僅是當(dāng)前CPU。
5. -C 或 --cpu：指定要監(jiān)視的CPU列表。
6. -c 或 --count：設(shè)置每個(gè)事件的采樣周期。
7. -r 或 --repeat：重復(fù)運(yùn)行給定的命令并收集統(tǒng)計(jì)信息，指定重復(fù)次數(shù)。
8. -d 或 --detailed：顯示詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)信息。
9. -D 或 --delay：設(shè)置統(tǒng)計(jì)輸出之間的延遲時(shí)間（以毫秒為單位）。
10. -n 或 --null：僅運(yùn)行命令，不收集統(tǒng)計(jì)信息。
11. -o 或 --output：指定將數(shù)據(jù)寫(xiě)入的文件。
12. -A 或 --no-aggr：不進(jìn)行聚合統(tǒng)計(jì)，為每個(gè)硬件事件單獨(dú)顯示結(jié)果。
13. --metric-only：僅顯示指定的度量結(jié)果，不顯示原始硬件事件。
14. --metricgroup：選擇度量組。例如，--metricgroup core。
15. --metrics：顯示與指定事件相關(guān)的度量。
16. --per-socket：按每個(gè) CPU 套接字顯示聚合統(tǒng)計(jì)。
17. --per-core：按每個(gè)物理 CPU 核心顯示聚合統(tǒng)計(jì)。
18. --per-thread：按每個(gè)線(xiàn)程顯示聚合統(tǒng)計(jì)。
19. --no-merge：不合并不同 PMU (Performance Monitoring Unit) 的結(jié)果。

perf record：記錄性能數(shù)據(jù) (perf record: Recording Performance Data)

perf record 命令用于收集指定事件的性能數(shù)據(jù)，并將其保存在文件中以便后續(xù)分析。默認(rèn)情況下，數(shù)據(jù)將保存在名為 perf.data 的文件中。

$ perf record [options] [command]

以下是perf record命令的一些常用參數(shù)：

1. -e 或 --event：指定要記錄的事件類(lèi)型，例如cache-misses, instructions等。
2. -p 或 --pid：指定要監(jiān)控的進(jìn)程ID。
3. -t 或 --tid：指定要監(jiān)控的線(xiàn)程ID。
4. -a 或 --all-cpus：監(jiān)控所有CPU，而不僅僅是當(dāng)前CPU。
5. -C 或 --cpu：指定要監(jiān)控的CPU列表。
6. -f 或 --overwrite：以覆蓋模式記錄事件。
7. -c 或 --count：設(shè)置每個(gè)事件的采樣周期。
8. -r 或 --real-time：設(shè)置實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)。
9. -o 或 --output：指定要將數(shù)據(jù)寫(xiě)入的文件。
10. -g 或 --call-graph：指定調(diào)用圖記錄方法，例如dwarf或fp（幀指針）。
11. --switch-events：記錄上下文切換事件。
12. --no-buffering：禁用數(shù)據(jù)緩沖。
13. --dry-run：顯示要執(zhí)行的操作，但不實(shí)際執(zhí)行。

perf report：生成性能報(bào)告 (perf report: Generating Performance Reports)

perf report 命令從 perf.data 文件中讀取性能數(shù)據(jù)，并以多種格式展示分析結(jié)果。用戶(hù)可以根據(jù)需要自定義報(bào)告的輸出格式。

$ perf report [options]

以下是 perf report 的一些常用參數(shù)：

1. -i 或 --input：指定要讀取的輸入文件，默認(rèn)為 perf.data。
2. -F 或 --fields：指定要顯示的字段，例如：comm, dso, symbol 等。
3. --sort：指定排序順序，例如：dso,symbol 或 symbol,dso。
4. --show-total-period：顯示每個(gè)符號(hào)的總周期數(shù)。
5. -T 或 --threads：顯示線(xiàn)程相關(guān)數(shù)據(jù)。
6. -m 或 --modules：顯示模塊（共享庫(kù)）相關(guān)數(shù)據(jù)。
7. -k 或 --vmlinux：指定內(nèi)核符號(hào)表文件（vmlinux）的路徑。
8. -f 或 --force：強(qiáng)制解析文件，即使它看起來(lái)無(wú)效或損壞。
9. -c 或 --comms：指定要顯示的命令（進(jìn)程）列表。
10. --dsos：指定要顯示的動(dòng)態(tài)共享對(duì)象（DSO）列表。
11. -s 或 --symbols：指定要顯示的符號(hào)（函數(shù)）列表。
12. --percent-limit：僅顯示超過(guò)指定百分比的項(xiàng)。
13. -P 或 --pretty：指定輸出格式，如raw、normal等。
14. --stdio：以文本模式顯示報(bào)告（而非 TUI 模式）。
15. --tui：以 TUI 模式顯示報(bào)告（默認(rèn)方式）。
16. --gtk：以 GTK 模式顯示報(bào)告。
17. -g 或 --call-graph：顯示調(diào)用圖數(shù)據(jù)。
18. --no-children：僅顯示獨(dú)立樣本，不顯示調(diào)用子函數(shù)的樣本。
19. --no-demangle：禁用 C++ 符號(hào)解析。
20. --demangle：指定 C++ 符號(hào)解析方式，如：no, normal, smart 等。
21. --filter：指定過(guò)濾器，如：--filter 'dso(/lib*)'。
22. --max-stack：指定棧幀的最大數(shù)量。

perf annotate：源碼級(jí)別的性能分析 (perf annotate: Source Code-Level Performance Analysis)

perf annotate 命令可以實(shí)現(xiàn)源碼級(jí)別的性能分析。它展示了各個(gè)函數(shù)中指令的性能數(shù)據(jù)，幫助用戶(hù)發(fā)現(xiàn)程序中的瓶頸。

$ perf annotate [options] [symbol]

以下是 perf annotate 的一些常用參數(shù)：

1. -i 或 --input：指定要讀取的輸入文件，默認(rèn)為 perf.data。
2. -s 或 --symbol：指定要注解的符號(hào)（函數(shù)）名稱(chēng)。
3. -d 或 --dsos：指定要注解的動(dòng)態(tài)共享對(duì)象（DSO）名稱(chēng)。
4. -P 或 --pretty：指定輸出格式，如raw、normal等。
5. --stdio：以文本模式顯示注解（而非 TUI 模式）。
6. --tui：以 TUI 模式顯示注解（默認(rèn)方式）。
7. --gtk：以 GTK 模式顯示注解。
8. --no-source：僅顯示匯編代碼，不顯示源代碼。
9. --group：將指定事件作為事件組進(jìn)行注解。
10. -f 或 --force：強(qiáng)制解析文件，即使它看起來(lái)無(wú)效或損壞。
11. --show-total-period：顯示每個(gè)符號(hào)的總周期數(shù)。
12. -k 或 --vmlinux：指定內(nèi)核符號(hào)表文件（vmlinux）的路徑。
13. --buildid-dir：指定包含構(gòu)建 ID 數(shù)據(jù)的目錄。
14. --buildid-cache-dir：指定用于緩存構(gòu)建 ID 數(shù)據(jù)的目錄。
15. --no-cache：禁用構(gòu)建 ID 緩存。
16. --percent-type：指定百分比類(lèi)型，如：local, global等。
17. --percent-limit：僅顯示超過(guò)指定百分比的項(xiàng)。

perf top：實(shí)時(shí)查看熱點(diǎn)函數(shù) (perf top: Real-Time Viewing of Hot Functions)

perf top 命令實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)中最耗費(fèi)CPU資源的函數(shù)。這有助于用戶(hù)快速定位導(dǎo)致性能問(wèn)題的代碼部分。

$ perf top [options]

以下是 perf top 的一些常用參數(shù)：

1. -e 或 --event：指定要收集的事件類(lèi)型，例如：cache-misses, instructions 等。
2. -p 或 --pid：指定要監(jiān)視的進(jìn)程ID。
3. -t 或 --tid：指定要監(jiān)視的線(xiàn)程ID。
4. -a 或 --all-cpus：監(jiān)視所有CPU，而不僅僅是當(dāng)前CPU。
5. -C 或 --cpu：指定要監(jiān)視的CPU列表。
6. -d 或 --delay：設(shè)置刷新間隔（以毫秒為單位）。
7. -c 或 --count：設(shè)置每個(gè)事件的采樣周期。
8. --call-graph：設(shè)置調(diào)用圖記錄方法，例如：dwarf 或 fp（幀指針）。
9. --real-time：以實(shí)時(shí)優(yōu)先級(jí)運(yùn)行 perf top。
10. -S 或 --sort：指定排序順序，例如：comm,dso 或 dso,comm。
11. -M 或 --show-mmap-events：顯示 mmap 事件。
12. -K 或 --hide_kernel_symbols：隱藏內(nèi)核符號(hào)。
13. -U 或 --hide_user_symbols：隱藏用戶(hù)空間符號(hào)。
14. -z 或 --zero：?jiǎn)?dòng)時(shí)將計(jì)數(shù)器清零。
15. --sym-annotate：運(yùn)行 perf annotate。
16. --symbols：指定要顯示的符號(hào)（函數(shù)）列表。
17. --dsos：指定要顯示的動(dòng)態(tài)共享對(duì)象（DSO）列表。

perf bench：內(nèi)置基準(zhǔn)測(cè)試 (perf bench: Built-In Benchmark Testing)

perf bench 命令提供了一組內(nèi)置的基準(zhǔn)測(cè)試，用于評(píng)估系統(tǒng)的性能。這些測(cè)試涵蓋了內(nèi)存、調(diào)度、文件系統(tǒng)等多個(gè)方面。

$ perf bench [options] [subcommand]

以下是 perf bench 的一些常用參數(shù)：

1. --list：列出所有可用的基準(zhǔn)測(cè)試。
2. --help：顯示幫助信息，包括可用參數(shù)和簡(jiǎn)要說(shuō)明。
3. -p 或 --process：使用進(jìn)程實(shí)現(xiàn)多任務(wù)測(cè)試，而非線(xiàn)程（適用于某些基準(zhǔn)測(cè)試，如 sched ）。

perf bench 命令下有幾個(gè)子命令，可以用于運(yùn)行不同類(lèi)型的基準(zhǔn)測(cè)試：

1. futex：針對(duì) futex（快速用戶(hù)空間互斥鎖）操作的基準(zhǔn)測(cè)試。
2. sched：針對(duì)調(diào)度器（進(jìn)程/線(xiàn)程切換）的基準(zhǔn)測(cè)試。
3. mem：針對(duì)內(nèi)存操作的基準(zhǔn)測(cè)試。
4. kallsyms：針對(duì)內(nèi)核符號(hào)查找的基準(zhǔn)測(cè)試。
5. cgroup：針對(duì) cgroup 的基準(zhǔn)測(cè)試。

perf trace：系統(tǒng)調(diào)用跟蹤與分析 (perf trace: System Call Tracing and Analysis)

perf trace 命令用于跟蹤和分析系統(tǒng)調(diào)用，幫助用戶(hù)了解程序在運(yùn)行時(shí)如何與內(nèi)核進(jìn)行交互。這對(duì)于排查性能問(wèn)題和理解系統(tǒng)行為非常有用。

$ perf trace [options] [command]

以下是 perf trace 的一些常用參數(shù)：

1. -a 或 --all-cpus：在所有CPU上監(jiān)視事件，而不僅僅是在當(dāng)前CPU上。
2. -C 或 --cpu：指定要監(jiān)視的CPU列表。
3. -p 或 --pid：指定要監(jiān)視的進(jìn)程ID。
4. -t 或 --tid：指定要監(jiān)視的線(xiàn)程ID。
5. -e 或 --event：指定要監(jiān)視的事件類(lèi)型。如：sched, raw_syscalls 等。
6. -i 或 --input：從指定文件讀取數(shù)據(jù)，默認(rèn)為 perf.data。
7. -o 或 --output：將數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定文件。
8. --duration：設(shè)置監(jiān)視事件的最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間（以秒為單位）。
9. -g 或 --call-graph：記錄調(diào)用圖信息，例如：dwarf, fp（幀指針）等。
10. -D 或 --delay：設(shè)置統(tǒng)計(jì)輸出之間的延遲時(shí)間（以毫秒為單位）。
11. --syscall-events：僅監(jiān)視系統(tǒng)調(diào)用事件。
12. --tool_stats：顯示工具統(tǒng)計(jì)信息。
13. --summary：顯示匯總統(tǒng)計(jì)信息。
14. --summary-only：僅顯示匯總統(tǒng)計(jì)信息。
15. -s 或 --show-syscall-stats：顯示系統(tǒng)調(diào)用統(tǒng)計(jì)信息。
16. --sched：顯示調(diào)度事件。
17. -v 或 --verbose：詳細(xì)輸出。
18. --wide：寬輸出。
19. --no-sys-names：不顯示系統(tǒng)調(diào)用名稱(chēng)。
20. --raw-trace：輸出原始跟蹤數(shù)據(jù)，而不是格式化輸出。
21. --skip-clear：在監(jiān)視之前不清除屏幕。
22. --stats：顯示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
23. --runtime：設(shè)置最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間（以秒為單位）。
24. --timestamp：顯示時(shí)間戳。

以上介紹的是perf工具的一些基本命令和用法，通過(guò)這些命令，用戶(hù)可以針對(duì)不同場(chǎng)景進(jìn)行性能分析.

四、perf實(shí)際應(yīng)用與案例 (Practical Applications and Cases of perf)

CPU性能分析 (CPU Performance Analysis)

perf工具可以分析CPU的使用情況，如緩存命中率、分支預(yù)測(cè)錯(cuò)誤率等。以下是一個(gè)使用perf stat分析CPU性能的簡(jiǎn)單示例：

$ perf stat -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses,branches,branch-misses -- ./my_program

此命令將收集指定事件的數(shù)據(jù)，并在程序運(yùn)行結(jié)束后顯示統(tǒng)計(jì)信息。

內(nèi)存性能分析 (Memory Performance Analysis)

使用perf工具，用戶(hù)可以對(duì)內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)行深入分析，以確定內(nèi)存性能瓶頸。以下示例展示了如何使用perf mem命令分析內(nèi)存性能：

** perf mem record ./my_program ** perf mem report

這將記錄內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)事件并生成報(bào)告，幫助用戶(hù)發(fā)現(xiàn)程序中的內(nèi)存瓶頸。

IO性能分析 (IO Performance Analysis)

perf可以跟蹤與IO相關(guān)的事件，如磁盤(pán)讀寫(xiě)操作。以下示例展示了如何使用perf trace命令分析IO性能：

$ perf trace -e block:block_rq_issue,block:block_rq_complete -- ./my_program

這將跟蹤磁盤(pán)請(qǐng)求的發(fā)出和完成事件，并展示相關(guān)信息。

軟件性能調(diào)優(yōu) (Software Performance Tuning)

perf工具可以幫助開(kāi)發(fā)者發(fā)現(xiàn)代碼中的性能瓶頸，從而進(jìn)行優(yōu)化。例如，可以使用perf record和perf report命令對(duì)程序進(jìn)行剖析：

** perf record -g ./my_program ** perf report

這將記錄程序的性能數(shù)據(jù)，并生成一個(gè)包含熱點(diǎn)函數(shù)和調(diào)用圖的報(bào)告。

系統(tǒng)瓶頸定位 (System Bottleneck Localization)

perf可以輔助系統(tǒng)管理員找出系統(tǒng)資源瓶頸，例如使用perf top命令實(shí)時(shí)監(jiān)控耗費(fèi)CPU資源的函數(shù)：

$ perf top

這有助于快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的性能問(wèn)題，并采取相應(yīng)措施進(jìn)行優(yōu)化。

硬件性能評(píng)估 (Hardware Performance Evaluation)

perf工具還可以用于評(píng)估硬件性能，如處理器、內(nèi)存等。使用perf bench命令進(jìn)行內(nèi)置基準(zhǔn)測(cè)試，例如測(cè)試內(nèi)存帶寬：

$ perf bench mem memcpy

此命令將執(zhí)行內(nèi)存拷貝基準(zhǔn)測(cè)試，并輸出性能數(shù)據(jù)。

通過(guò)這些實(shí)際應(yīng)用和案例，perf工具為開(kāi)發(fā)者、系統(tǒng)管理員和硬件工程師提供了強(qiáng)大的性能分析能力，幫助他們優(yōu)化軟件和硬件，提升整體系統(tǒng)性能。

五、perf生成火焰圖

生成火焰圖步驟

1. 運(yùn)行perf

在終端中輸入以下命令：

sudo perf record -F 99 -p -g -- sleep 30perf record表示采集系統(tǒng)事件,

• -F 指定采樣頻率為 99Hz(每秒99次),如果 99次 都返回同一個(gè)函數(shù)名, 那就說(shuō)明 CPU 這一秒鐘都在執(zhí)行同一個(gè)函數(shù), 可能存在性能問(wèn)題.
• -p 表示要分析的進(jìn)程ID，-g表示采集調(diào)用棧信息，-- sleep 30表示運(yùn)行perf采樣30秒。
• -p 2347 是進(jìn)程號(hào), 即對(duì)哪個(gè)進(jìn)程進(jìn)行分析
• -g 表示記錄調(diào)用棧, sleep 30 則是持續(xù) 30 秒.
• -e ：指定要監(jiān)控的硬件事件，如 CPU 循環(huán)計(jì)數(shù)器、緩存事件等。沒(méi)有使用 -e 指定采集事件, 則默認(rèn)采集 cycles(即 CPU clock 周期),
• -a：監(jiān)控所有進(jìn)程而不僅僅是指定的進(jìn)程。
• -t ：監(jiān)控指定線(xiàn)程的事件。
• -o ：將記錄的數(shù)據(jù)寫(xiě)入指定的文件中。
• –call-graph ：指定要記錄的調(diào)用圖類(lèi)型，如函數(shù)調(diào)用圖、分支跳轉(zhuǎn)圖等。
• –no-samples：只記錄事件，不記錄采樣數(shù)據(jù)。
• –no-buildid-cache：不使用緩存的 build ID 信息。
• –no-unwind：不進(jìn)行?；厮莶僮?，加快采樣速度。
• –no-vmlinux：不使用 vmlinux 文件進(jìn)行符號(hào)解析，只使用內(nèi)核模塊的符號(hào)表。
• –no-dump：不將采樣數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到文件中，只輸出分析結(jié)果。
• –mmap-pages ：指定用于存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)的內(nèi)存頁(yè)數(shù)。
• –max-stack ：指定?；厮莸淖畲笊疃?。
• –time ：指定記錄的時(shí)間長(zhǎng)度。
• –weight ：為指定事件設(shè)置權(quán)重，用于平衡多個(gè)事件的采樣率。

生成火焰圖

FlameGraph tool install

$ git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph

Output perf.data/out.perf

拷貝out.perf到ubuntu

其中，stackcollapse-perf.pl和flamegraph.pl是兩個(gè)Perl腳本，用于將perf采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成火焰圖的格式。perf.svg是生成的火焰圖文件名。

查看火焰圖

打開(kāi)perf.svg文件，可以看到生成的火焰圖?；鹧鎴D的橫軸表示時(shí)間，縱軸表示調(diào)用棧，每個(gè)矩形代表一個(gè)函數(shù)調(diào)用，矩形的寬度表示該函數(shù)調(diào)用的時(shí)間占總時(shí)間的比例，顏色越深表示該函數(shù)調(diào)用的嵌套層數(shù)越深。

通過(guò)觀察火焰圖，可以找出應(yīng)用程序的性能瓶頸，進(jìn)而優(yōu)化代碼。

六、perf的高級(jí)技巧與實(shí)踐 (Advanced Techniques and Practices of perf)

自定義性能事件 (Customizing Performance Events)

perf允許用戶(hù)自定義事件，以滿(mǎn)足特定性能分析需求。例如，通過(guò)指定原始事件代碼，用戶(hù)可以定制硬件性能計(jì)數(shù)器事件：

$ perf stat -e rNNN -- ./my_program

其中NNN是原始事件代碼。此外，還可以使用事件組合來(lái)關(guān)注多個(gè)相關(guān)事件：

shellCopy code

$ perf stat -e '{cycles,instructions},{cache-references,cache-misses}' -- ./my_program

結(jié)合其他性能工具使用perf (Using perf in Combination with Other Performance Tools)

perf工具可以與其他性能分析工具結(jié)合使用，以提供更豐富的性能洞察。例如，使用perf與FlameGraph可以生成交互式火焰圖，以便更直觀地查看性能數(shù)據(jù)：

多核性能分析 (Multi-Core Performance Analysis)

在多核處理器系統(tǒng)中，可以使用perf分析各個(gè)核心的性能。以下示例展示了如何使用perf stat命令監(jiān)控特定CPU核心上的事件：

$ perf stat -C 0-3 -e cycles,instructions -- ./my_program

這將僅監(jiān)控CPU核心0到3上的事件。

長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)控與分析 (Long-Term Monitoring and Analysis)

perf可以用于長(zhǎng)時(shí)間的系統(tǒng)性能監(jiān)控。例如，可以使用perf record持續(xù)記錄性能數(shù)據(jù)，并在需要時(shí)使用perf report進(jìn)行分析：

$ perf record -a -F 100 -g -- sleep 86400

這將以100Hz的采樣率記錄全系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)，持續(xù)86400秒（一天）。

分析虛擬化和容器環(huán)境中的性能 (Analyzing Performance in Virtualization and Container Environments)

在虛擬化和容器環(huán)境中，perf仍然可以提供準(zhǔn)確的性能分析。例如，在Docker容器中使用perf工具：

$ docker run --privileged -v /usr/bin/perf:/usr/bin/perf -it my_image /bin/bash

這將在容器內(nèi)運(yùn)行perf，允許訪(fǎng)問(wèn)主機(jī)的性能計(jì)數(shù)器。

通過(guò)這些高級(jí)技巧與實(shí)踐，perf工具的性能分析能力得到了進(jìn)一步拓展，使用戶(hù)能夠更深入地挖掘系統(tǒng)性能，從而優(yōu)化和調(diào)試復(fù)雜的應(yīng)用程序和系統(tǒng)環(huán)境。

七、常見(jiàn)問(wèn)題與解決方案 (Common Problems and Solutions of perf)

安裝與配置問(wèn)題 (Installation and Configuration Issues)

問(wèn)題：在某些發(fā)行版中，perf工具可能未被預(yù)裝或安裝不完整。

解決方案：根據(jù)您的Linux發(fā)行版，使用相應(yīng)的包管理器安裝perf工具包。例如，在基于Debian的系統(tǒng)中，使用以下命令安裝：

數(shù)據(jù)采集和分析問(wèn)題 (Data Collection and Analysis Issues)

問(wèn)題：使用perf收集數(shù)據(jù)時(shí)，某些事件無(wú)法正常工作，或數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。

解決方案：檢查內(nèi)核是否支持所需事件。請(qǐng)注意，某些事件可能僅在特定的硬件或內(nèi)核版本中受支持。如果問(wèn)題仍然存在，嘗試使用不同的事件組合或降低采樣率。

報(bào)告與解讀問(wèn)題 (Report and Interpretation Issues)

問(wèn)題：使用perf生成的報(bào)告難以解讀或包含不易理解的符號(hào)。

解決方案：確保程序包含調(diào)試符號(hào)以便perf解析。使用編譯器選項(xiàng)（如-g）包含調(diào)試信息，并在生成報(bào)告時(shí)指定相應(yīng)的調(diào)試符號(hào)路徑。此外，學(xué)習(xí)perf報(bào)告中的各種輸出格式和視圖，以便根據(jù)需求定制報(bào)告。

兼容性與支持問(wèn)題 (Compatibility and Support Issues)

問(wèn)題：在虛擬化環(huán)境、容器環(huán)境或特定硬件平臺(tái)中，perf工具無(wú)法正常工作。

解決方案：檢查內(nèi)核是否支持perf工具及相應(yīng)的硬件性能計(jì)數(shù)器。在虛擬化和容器環(huán)境中，可能需要特定的配置選項(xiàng)以允許訪(fǎng)問(wèn)主機(jī)的性能計(jì)數(shù)器。對(duì)于特定硬件平臺(tái)，如嵌入式系統(tǒng)或非x86架構(gòu)，可能需要針對(duì)性地編譯perf工具或?qū)で笃渌鉀Q方案。

這些常見(jiàn)問(wèn)題與解決方案有助于用戶(hù)更好地了解和解決在使用perf工具時(shí)可能遇到的問(wèn)題，從而更有效地進(jìn)行性能分析和優(yōu)化。

八、總結(jié)與展望 (Summary and Outlook)

perf工具的功能與優(yōu)勢(shì) (Summary of Functions and Advantages of perf Tool)

perf工具是Linux下一款強(qiáng)大的性能分析工具，提供了豐富的性能指標(biāo)和靈活的命令行選項(xiàng)，以滿(mǎn)足各種性能調(diào)優(yōu)需求。其優(yōu)勢(shì)包括：

• 直接訪(fǎng)問(wèn)硬件性能計(jì)數(shù)器，提供精確的性能數(shù)據(jù)；
• 支持多種事件類(lèi)型，包括硬件、軟件和跟蹤點(diǎn)事件；
• 提供全面的性能分析功能，如CPU、內(nèi)存和IO性能分析；
• 支持多核性能分析和虛擬化/容器環(huán)境；
• 可與其他性能分析工具結(jié)合使用，提供更深入的性能洞察。

其他性能分析工具及使用場(chǎng)景 (Introduction to Other Performance Analysis Tools and Usage Scenarios)

除了perf工具外，還有其他性能分析工具可供選擇：

• gprof：GNU編譯器集合中的性能分析工具，主要用于分析程序的函數(shù)調(diào)用關(guān)系和執(zhí)行時(shí)間。
• Valgrind：一款內(nèi)存調(diào)試和性能分析工具，可以檢測(cè)內(nèi)存泄漏、緩存未命中等問(wèn)題。
• SystemTap：一款跟蹤和分析內(nèi)核及用戶(hù)空間程序的工具，通過(guò)腳本語(yǔ)言編寫(xiě)性能探針。
• OProfile：一款系統(tǒng)范圍的性能分析工具，支持采樣分析和基于硬件性能計(jì)數(shù)器的分析。

根據(jù)不同的性能分析需求和場(chǎng)景，可以靈活選擇合適的工具。

對(duì)perf未來(lái)的期許 (Expectations for the Future of perf)

隨著硬件和軟件的發(fā)展，性能分析工具將不斷演進(jìn)以滿(mǎn)足新的挑戰(zhàn)。對(duì)于perf工具，未來(lái)的發(fā)展方向可能包括：

• 更強(qiáng)大的可視化功能：集成更豐富的圖形界面和可視化功能，以提高用戶(hù)體驗(yàn)和分析效率。
• 擴(kuò)展到其他平臺(tái)：進(jìn)一步支持不同架構(gòu)的硬件平臺(tái)，如ARM、RISC-V等，以滿(mǎn)足廣泛的應(yīng)用需求。
• 與人工智能結(jié)合：應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，自動(dòng)發(fā)現(xiàn)性能問(wèn)題并提供優(yōu)化建議。
• 更好的云原生支持：適應(yīng)云原生環(huán)境，提供針對(duì)微服務(wù)、容器和Serverless應(yīng)用的性能分析解決方案。

通過(guò)不斷創(chuàng)新和發(fā)展，perf工具將繼續(xù)為L(zhǎng)inux用戶(hù)提供高效、準(zhǔn)確的性能分析能力。