原文地址：http://blog.csdn.net/zhangskd/article/details/37902159
從2.6.31內(nèi)核開始，linux內(nèi)核自帶了一個(gè)性能分析工具perf，能夠進(jìn)行函數(shù)級與指令級的熱點(diǎn)查找。
為平利等地區(qū)用戶提供了全套網(wǎng)頁設(shè)計(jì)制作服務(wù)，及平利網(wǎng)站建設(shè)行業(yè)解決方案。主營業(yè)務(wù)為網(wǎng)站建設(shè)、成都做網(wǎng)站、平利網(wǎng)站設(shè)計(jì)，以傳統(tǒng)方式定制建設(shè)網(wǎng)站，并提供域名空間備案等一條龍服務(wù)，秉承以專業(yè)、用心的態(tài)度為用戶提供真誠的服務(wù)。我們深信只要達(dá)到每一位用戶的要求，就會得到認(rèn)可，從而選擇與我們長期合作。這樣，我們也可以走得更遠(yuǎn)！
Performance analysis tools for Linux.
Performance counters for Linux are a new kernel-based subsystem that provide a framework for all things
performance analysis. It covers hardware level (CPU/PMU, Performance Monitoring Unit) features and
software features (software counters, tracepoints) as well.
Perf是內(nèi)置于Linux內(nèi)核源碼樹中的性能剖析(profiling)工具。
它基于事件采樣原理，以性能事件為基礎(chǔ)，支持針對處理器相關(guān)性能指標(biāo)與操作系統(tǒng)相關(guān)性能指標(biāo)的性能剖析。
常用于性能瓶頸的查找與熱點(diǎn)代碼的定位。
CPU周期(cpu-cycles)是默認(rèn)的性能事件，所謂的CPU周期是指CPU所能識別的最小時(shí)間單元，通常為億分之幾秒，
是CPU執(zhí)行最簡單的指令時(shí)所需要的時(shí)間，例如讀取寄存器中的內(nèi)容，也叫做clock tick。
Perf是一個(gè)包含22種子工具的工具集，以下是最常用的5種：
perf-list
perf-stat
perf-top
perf-record
perf-report
Perf-list用來查看perf所支持的性能事件，有軟件的也有硬件的。
List all symbolic event types.
perf list [hw | sw | cache | tracepoint | event_glob]
(1) 性能事件的分布
hw：Hardware event，9個(gè)
sw：Software event，9個(gè)
cache：Hardware cache event，26個(gè)
tracepoint：Tracepoint event，775個(gè)
sw實(shí)際上是內(nèi)核的計(jì)數(shù)器，與硬件無關(guān)。
hw和cache是CPU架構(gòu)相關(guān)的，依賴于具體硬件。
tracepoint是基于內(nèi)核的ftrace，主線2.6.3x以上的內(nèi)核版本才支持。
(2) 指定性能事件(以它的屬性)
-e
-e
-e
-e
-e
(3) 使用例子
顯示內(nèi)核和模塊中，消耗最多CPU周期的函數(shù)：
# perf top -e cycles:k
顯示分配高速緩存最多的函數(shù)：
# perf top -e kmem:kmem_cache_alloc
對于一個(gè)指定的性能事件(默認(rèn)是CPU周期)，顯示消耗最多的函數(shù)或指令。
System profiling tool.
Generates and displays a performance counter profile in real time.
perf top [-e
perf top主要用于實(shí)時(shí)分析各個(gè)函數(shù)在某個(gè)性能事件上的熱度，能夠快速的定位熱點(diǎn)函數(shù)，包括應(yīng)用程序函數(shù)、
模塊函數(shù)與內(nèi)核函數(shù)，甚至能夠定位到熱點(diǎn)指令。默認(rèn)的性能事件為cpu cycles。
(1) 輸出格式
# perf top
第一列：符號引發(fā)的性能事件的比例，默認(rèn)指占用的cpu周期比例。
第二列：符號所在的DSO(Dynamic Shared Object)，可以是應(yīng)用程序、內(nèi)核、動態(tài)鏈接庫、模塊。
第三列：DSO的類型。[.]表示此符號屬于用戶態(tài)的ELF文件，包括可執(zhí)行文件與動態(tài)鏈接庫)。[k]表述此符號屬于內(nèi)核或模塊。
第四列：符號名。有些符號不能解析為函數(shù)名，只能用地址表示。
(2) 常用交互命令
h：顯示幫助
UP/DOWN/PGUP/PGDN/SPACE：上下和翻頁。
a：annotate current symbol，注解當(dāng)前符號。能夠給出匯編語言的注解，給出各條指令的采樣率。
d：過濾掉所有不屬于此DSO的符號。非常方便查看同一類別的符號。
P：將當(dāng)前信息保存到perf.hist.N中。
(3) 常用命令行參數(shù)
-e
-p
-k
-K：不顯示屬于內(nèi)核或模塊的符號。
-U：不顯示屬于用戶態(tài)程序的符號。
-d
-G：得到函數(shù)的調(diào)用關(guān)系圖。
perf top -G [fractal]，路徑概率為相對值，加起來為100%，調(diào)用順序?yàn)閺南峦稀?/p>
perf top -G graph，路徑概率為絕對值，加起來為該函數(shù)的熱度。
(4) 使用例子
# perf top // 默認(rèn)配置
# perf top -G // 得到調(diào)用關(guān)系圖
# perf top -e cycles // 指定性能事件
# perf top -p 23015,32476 // 查看這兩個(gè)進(jìn)程的cpu cycles使用情況
# perf top -s comm,pid,symbol // 顯示調(diào)用symbol的進(jìn)程名和進(jìn)程號
# perf top --comms nginx,top // 僅顯示屬于指定進(jìn)程的符號
# perf top --symbols kfree // 僅顯示指定的符號
用于分析指定程序的性能概況。
Run a command and gather performance counter statistics.
perf stat [-e
perf stat [-e
(1) 輸出格式
# perf stat ls
輸出包括ls的執(zhí)行時(shí)間，以及10個(gè)性能事件的統(tǒng)計(jì)。
task-clock：任務(wù)真正占用的處理器時(shí)間，單位為ms。CPUs utilized = task-clock / time elapsed，CPU的占用率。
context-switches：上下文的切換次數(shù)。
CPU-migrations：處理器遷移次數(shù)。Linux為了維持多個(gè)處理器的負(fù)載均衡，在特定條件下會將某個(gè)任務(wù)從一個(gè)CPU
遷移到另一個(gè)CPU。
page-faults：缺頁異常的次數(shù)。當(dāng)應(yīng)用程序請求的頁面尚未建立、請求的頁面不在內(nèi)存中，或者請求的頁面雖然在內(nèi)
存中，但物理地址和虛擬地址的映射關(guān)系尚未建立時(shí)，都會觸發(fā)一次缺頁異常。另外TLB不命中，頁面訪問權(quán)限不匹配
等情況也會觸發(fā)缺頁異常。
cycles：消耗的處理器周期數(shù)。如果把被ls使用的cpu cycles看成是一個(gè)處理器的，那么它的主頻為2.486GHz。
可以用cycles / task-clock算出。
stalled-cycles-frontend：略過。
stalled-cycles-backend：略過。
instructions：執(zhí)行了多少條指令。IPC為平均每個(gè)cpu cycle執(zhí)行了多少條指令。
branches：遇到的分支指令數(shù)。branch-misses是預(yù)測錯誤的分支指令數(shù)。
(2) 常用參數(shù)
-p：stat events on existing process id (comma separated list). 僅分析目標(biāo)進(jìn)程及其創(chuàng)建的線程。
-a：system-wide collection from all CPUs. 從所有CPU上收集性能數(shù)據(jù)。
-r：repeat command and print average + stddev (max: 100). 重復(fù)執(zhí)行命令求平均。
-C：Count only on the list of CPUs provided (comma separated list), 從指定CPU上收集性能數(shù)據(jù)。
-v：be more verbose (show counter open errors, etc), 顯示更多性能數(shù)據(jù)。
-n：null run - don't start any counters，只顯示任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間 。
-x SEP：指定輸出列的分隔符。
-o file：指定輸出文件，--append指定追加模式。
--pre
--post
(3) 使用例子
執(zhí)行10次程序，給出標(biāo)準(zhǔn)偏差與期望的比值：
# perf stat -r 10 ls > /dev/null
顯示更詳細(xì)的信息：
# perf stat -v ls > /dev/null
只顯示任務(wù)執(zhí)行時(shí)間，不顯示性能計(jì)數(shù)器：
# perf stat -n ls > /dev/null
單獨(dú)給出每個(gè)CPU上的信息：
# perf stat -a -A ls > /dev/null
ls命令執(zhí)行了多少次系統(tǒng)調(diào)用：
# perf stat -e syscalls:sys_enter ls
收集采樣信息，并將其記錄在數(shù)據(jù)文件中。
隨后可以通過其它工具(perf-report)對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行分析，結(jié)果類似于perf-top的。
Run a command and record its profile into perf.data.
This command runs a command and gathers a performance counter profile from it, into perf.data,
without displaying anything. This file can then be inspected later on, using perf report.
(1) 常用參數(shù)
-e：Select the PMU event.
-a：System-wide collection from all CPUs.
-p：Record events on existing process ID (comma separated list).
-A：Append to the output file to do incremental profiling.
-f：Overwrite existing data file.
-o：Output file name.
-g：Do call-graph (stack chain/backtrace) recording.
-C：Collect samples only on the list of CPUs provided.
(2) 使用例子
記錄nginx進(jìn)程的性能數(shù)據(jù)：
# perf record -p `pgrep -d ',' nginx`
記錄執(zhí)行l(wèi)s時(shí)的性能數(shù)據(jù)：
# perf record ls -g
記錄執(zhí)行l(wèi)s時(shí)的系統(tǒng)調(diào)用，可以知道哪些系統(tǒng)調(diào)用最頻繁：
# perf record -e syscalls:sys_enter ls
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。
Read perf.data (created by perf record) and display the profile.
This command displays the performance counter profile information recorded via perf record.
(1) 常用參數(shù)
-i：Input file name. (default: perf.data)
(2) 使用例子
# perf report -i perf.data.2
除了以上5個(gè)常用工具外，還有一些適用于較特殊場景的工具， 比如內(nèi)核鎖、slab分配器、調(diào)度器，
也支持自定義探測點(diǎn)。
內(nèi)核鎖的性能分析。
Analyze lock events.
perf lock {record | report | script | info}
需要編譯選項(xiàng)的支持：CONFIG_LOCKDEP、CONFIG_LOCK_STAT。
CONFIG_LOCKDEP defines acquired and release events.
CONFIG_LOCK_STAT defines contended and acquired lock events.
(1) 常用選項(xiàng)
-i
-k
(2) 使用例子
# perf lock record ls // 記錄
# perf lock report // 報(bào)告
(3) 輸出格式
Name：內(nèi)核鎖的名字。
aquired：該鎖被直接獲得的次數(shù)，因?yàn)闆]有其它內(nèi)核路徑占用該鎖，此時(shí)不用等待。
contended：該鎖等待后獲得的次數(shù)，此時(shí)被其它內(nèi)核路徑占用，需要等待。
total wait：為了獲得該鎖，總共的等待時(shí)間。
max wait：為了獲得該鎖，最大的等待時(shí)間。
min wait：為了獲得該鎖，最小的等待時(shí)間。
最后還有一個(gè)Summary：
slab分配器的性能分析。
Tool to trace/measure kernel memory(slab) properties.
perf kmem {record | stat} [
(1) 常用選項(xiàng)
--i
--caller：show per-callsite statistics，顯示內(nèi)核中調(diào)用kmalloc和kfree的地方。
--alloc：show per-allocation statistics，顯示分配的內(nèi)存地址。
-l
-s
(2) 使用例子
# perf kmem record ls // 記錄
# perf kmem stat --caller --alloc -l 20 // 報(bào)告
(3) 輸出格式
Callsite：內(nèi)核代碼中調(diào)用kmalloc和kfree的地方。
Total_alloc/Per：總共分配的內(nèi)存大小，平均每次分配的內(nèi)存大小。
Total_req/Per：總共請求的內(nèi)存大小，平均每次請求的內(nèi)存大小。
Hit：調(diào)用的次數(shù)。
Ping-pong：kmalloc和kfree不被同一個(gè)CPU執(zhí)行時(shí)的次數(shù)，這會導(dǎo)致cache效率降低。
Frag：碎片所占的百分比，碎片 = 分配的內(nèi)存 - 請求的內(nèi)存，這部分是浪費(fèi)的。
有使用--alloc選項(xiàng)，還會看到Alloc Ptr，即所分配內(nèi)存的地址。
最后還有一個(gè)Summary：
調(diào)度模塊分析。
trace/measure scheduler properties (latencies)
perf sched {record | latency | map | replay | script}
(1) 使用例子
# perf sched record sleep 10 // perf sched record
# perf report latency --sort max
(2) 輸出格式
TASK：進(jìn)程名和pid。
Runtime：實(shí)際的運(yùn)行時(shí)間。
Switches：進(jìn)程切換的次數(shù)。
Average delay：平均的調(diào)度延遲。
Maximum delay：最大的調(diào)度延遲。
Maximum delay at：最大調(diào)度延遲發(fā)生的時(shí)刻。
可以自定義探測點(diǎn)。
Define new dynamic tracepoints.
使用例子
(1) Display which lines in schedule() can be probed
# perf probe --line schedule
前面有行號的可以探測，沒有行號的就不行了。
(2) Add a probe on schedule() function 12th line.
# perf probe -a schedule:12
在schedule函數(shù)的12處增加一個(gè)探測點(diǎn)。
[1]. Linux的系統(tǒng)級性能剖析工具系列，by 承剛
[2]. http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-perf1/
[3]. http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-perf2/
[4]. https://perf.wiki.kernel.org/index.php/Tutorial
重慶分公司
重慶分公司
