1、perf簡(jiǎn)介

perf 是 Linux 內(nèi)核自帶的一個(gè)性能分析工具，它能夠采集和分析系統(tǒng)和應(yīng)用程序的性能數(shù)據(jù)。perf 是基于 Linux 內(nèi)核的性能計(jì)數(shù)器（Performance Counters）實(shí)現(xiàn)的，通過它可以收集大量關(guān)于 CPU、內(nèi)存、I/O 等方面的信息。perf 支持多種分析模式，如采樣（Sampling）、跟蹤（Tracing）、事件計(jì)數(shù)等。perf 工具的關(guān)鍵功能如下：

• CPU 性能計(jì)數(shù)：收集 CPU 周期、指令、緩存訪問等信息。
• 調(diào)用圖分析：分析函數(shù)調(diào)用的頻率、調(diào)用鏈和性能瓶頸。
• 時(shí)間跟蹤：對(duì)程序的執(zhí)行時(shí)間進(jìn)行精確分析。
• 內(nèi)存訪問：分析內(nèi)存訪問模式，如緩存命中率、內(nèi)存帶寬使用等。
• 事件跟蹤：支持跟蹤不同事件，如系統(tǒng)調(diào)用、進(jìn)程調(diào)度等。

2、perf安裝

大多數(shù)現(xiàn)代 Linux 發(fā)行版都已預(yù)裝 perf 工具。如果你的系統(tǒng)中沒有安裝 perf，可以通過以下命令進(jìn)行安裝：

sudo apt update
sudo apt install linux-tools-common linux-tools-$(uname -r)

3、perf的基本使用

3.1、查看CPU性能計(jì)數(shù)器

最簡(jiǎn)單的 perf 命令之一是查看 CPU 性能計(jì)數(shù)器信息?？梢允褂?perf stat 命令來收集一些基本的統(tǒng)計(jì)信息：

perf stat ls

上面的命令會(huì)執(zhí)行 ls 命令并輸出 CPU 使用情況，如周期數(shù)、指令數(shù)、緩存命中率等。

 Performance counter stats for 'ls':

        1.615207      task-clock (msec)         #    0.999 CPUs utilized          
        1,234,568      context-switches          #    0.764 K/sec                  
          567,876      CPU-migrations            #    0.351 K/sec                  
        100,056,789    page-faults               #    61.92 K/sec                  
       2,456,789,123  cycles                    #    1.517 GHz                   
       1,234,567,890  instructions              #    0.50  insns per cycle        
         345,678,901  branches                  #    213.12 M/sec                 
          123,456,789  branch-misses             #    35.66% of all branches       
       
       0.001500123 seconds time elapsed

常見的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)包括：

• task-clock：任務(wù)執(zhí)行時(shí)間
• cycles：CPU周期數(shù)
• instructions：指令數(shù)
• branches：分支指令數(shù)
• branch-misses：分支預(yù)測(cè)失敗的次數(shù)
• page-faults：頁面錯(cuò)誤數(shù)

3.2、查看系統(tǒng)調(diào)用和事件

如果你想查看某個(gè)程序的系統(tǒng)調(diào)用，可以使用 perf trace 命令。例如：

perf trace ./my_program

該命令會(huì)列出 my_program 程序執(zhí)行時(shí)的系統(tǒng)調(diào)用，類似于 strace，但是 perf trace 會(huì)提供更多的性能分析信息。

3.3、調(diào)用圖

perf 還支持生成調(diào)用圖，可以幫助我們了解函數(shù)調(diào)用的情況。使用 perf record 進(jìn)行采樣，然后通過 perf report 查看調(diào)用圖。

perf record -g ./my_program
perf report

-g 選項(xiàng)啟用了調(diào)用圖的采樣。執(zhí)行 perf report 后，您可以看到函數(shù)調(diào)用圖，并找出可能的性能瓶頸

3.4、分析熱點(diǎn)函數(shù)

假設(shè)我們需要分析某個(gè)程序中最耗時(shí)的函數(shù)?？梢酝ㄟ^ perf record 和 perf report 獲得：

perf record -e cycles -a -- sleep 10
perf report

上面命令會(huì)記錄所有 CPU 上的周期，并且在執(zhí)行 10 秒后生成報(bào)告。在報(bào)告中，可以查看哪些函數(shù)消耗了最多的 CPU 周期。

4、perf進(jìn)階使用

4.1、跟蹤特定事件

perf 支持多種硬件和軟件事件，可以通過 -e 參數(shù)指定感興趣的事件。例如，監(jiān)控指令計(jì)數(shù)和緩存命中率：

perf stat -e instructions,cache-references,cache-misses ls

常見的性能事件包括：

• instructions：執(zhí)行的指令數(shù)
• cycles：CPU 周期
• cache-references：緩存訪問次數(shù)
• cache-misses：緩存未命中的次數(shù)

4.2、CPU級(jí)別性能分析

有時(shí)候，CPU 上的性能問題會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的表現(xiàn)。perf 可以幫助我們分析 CPU 級(jí)別的事件。例如，查看 CPU 使用率、上下文切換等：

perf stat -e cpu-clock,task-clock,cpu-migrations,context-switches -a

此命令會(huì)實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)級(jí)的 CPU 性能數(shù)據(jù)，包括上下文切換和 CPU 遷移情況。

4.3、分析多進(jìn)程

perf 也支持多進(jìn)程的性能分析。例如，分析整個(gè)系統(tǒng)中所有進(jìn)程的性能：

perf stat -a -e cycles,instructions,cache-references,cache-misses

通過上述命令，perf 將會(huì)顯示系統(tǒng)所有進(jìn)程的性能數(shù)據(jù)，包括 CPU 周期、指令數(shù)、緩存訪問

5、perf輸出分析

perf 的輸出通常包含很多細(xì)節(jié)，理解這些數(shù)據(jù)對(duì)性能分析至關(guān)重要。我們可以從以下幾個(gè)方面分析輸出結(jié)果：

CPU 周期與指令數(shù)，通過比較 cycles 和 instructions 可以計(jì)算指令的執(zhí)行效率。如果 instructions 遠(yuǎn)少于 cycles，意味著 CPU 的利用率不高，可能是由于分支預(yù)測(cè)失敗、內(nèi)存延遲等問題

緩存命中率，通過查看 cache-references 和 cache-misses，可以判斷緩存命中率。如果緩存未命中過多，說明程序的內(nèi)存訪問模式不夠友好，可能導(dǎo)致性能瓶頸
上下文切換和 CPU 遷移，頻繁的上下文切換和 CPU 遷移通常會(huì)導(dǎo)致性能下降。這些問題可能是由于鎖競(jìng)爭(zhēng)、IO 阻塞等原因造成的

6、總結(jié)

perf 是一個(gè)功能強(qiáng)大的性能分析工具，可以幫助開發(fā)人員從多個(gè)維度進(jìn)行系統(tǒng)和應(yīng)用程序的性能分析。通過掌握 perf 的基本命令和高級(jí)功能，開發(fā)者可以更高效地定位性能瓶頸，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

到此這篇關(guān)于Linux使用perf工具進(jìn)行性能分析的詳細(xì)指南的文章就介紹到這了,更多相關(guān)Linux perf性能分析內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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