使用 Perf 和火焰图分析 CPU 性能

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CPU 性能分析

　　在 Linux 我们可以使用 perf 工具分析 CPU 的性能，它可以将消耗 CPU 时间比较大的用户程序调用栈打印出来，并生成火焰图。首先，在 Ubuntu 安装 perf 工具：

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$ sudo apt-get install linux-tools-common linux-tools-generic linux-tools-`uname -r`

　　使用sudo perf list命令可以看到 perf 支持的事件，事件有三种类型：Software event、Hardware event 和 Tracepoint event。使用perf stat可以对某个操作执行期间发生的事件作统计，例如我们可以对下面的命令进行统计：

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$ dd if=/dev/zero of=/dev/null count=1000000

　　我们可以统计这个命令执行期间的 CPU 使用率，上下文切换次数等信息：

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$ perf stat dd if=/dev/zero of=/dev/null count=1000000
1000000+0 records in
1000000+0 records out
512000000 bytes (512 MB) copied, 0.332629 s, 1.5 GB/s
 Performance counter stats for 'dd if=/dev/zero of=/dev/null count=1000000':
        331.923086 task-clock (msec)         #    0.994 CPUs utilized
               107 context-switches          #    0.322 K/sec
                 0 cpu-migrations            #    0.000 K/sec
               226 page-faults               #    0.681 K/sec
   <not supported> cycles
   <not supported> stalled-cycles-frontend
   <not supported> stalled-cycles-backend
   <not supported> instructions
   <not supported> branches
   <not supported> branch-misses
       0.334055984 seconds time elapsed

　　另一个有用的命令是perf record，它可以对事件进行采样，将采样的数据收集在一个 perf.data 的文件中，这将会带来一定的性能开销，不过这个命令很有用，可以用来找出最占 CPU 的进程。下面的命令对系统 CPU 事件做采样，采样时间为 60 秒，每秒采样 99 个事件，-g表示记录程序的调用栈。

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$ sudo perf record -F 99 -a -g -- sleep 60

　　执行这个命令将生成一个 perf.data 文件：

  • 执行sudo perf report -n可以生成报告的预览。
  • 执行sudo perf report -n --stdio可以生成一个详细的报告。
  • 执行sudo perf script可以 dump 出 perf.data 的内容。

　　也可以记录某个进程的事件，例如记录进程号为 1641 的进程：

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$ sudo perf record -F 99 -p 1641 -g -- sleep 60
$ sudo perf script > out.perf   # 将 perf.data 的内容 dump 到 out.perf

生成火焰图

　　通常的做法是将 out.perf 拷贝到本地机器，在本地生成火焰图：

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$ git clone --depth 1 https://github.com/brendangregg/FlameGraph.git
# 折叠调用栈
$ FlameGraph/stackcollapse-perf.pl out.perf > out.folded
# 生成火焰图
$ FlameGraph/flamegraph.pl out.folded > out.svg

　　生成火焰图可以指定参数，–width 可以指定图片宽度，–height 指定每一个调用栈的高度，生成的火焰图，宽度越大就表示CPU耗时越多。

参考资料