1、perf簡介

perf 是 Linux 內核自帶的一個性能分析工具，它能夠采集和分析系統(tǒng)和應用程序的性能數據。perf 是基于 Linux 內核的性能計數器（Performance Counters）實現(xiàn)的，通過它可以收集大量關于 CPU、內存、I/O 等方面的信息。perf 支持多種分析模式，如采樣（Sampling）、跟蹤（Tracing）、事件計數等。perf 工具的關鍵功能如下：

• CPU 性能計數：收集 CPU 周期、指令、緩存訪問等信息。
• 調用圖分析：分析函數調用的頻率、調用鏈和性能瓶頸。
• 時間跟蹤：對程序的執(zhí)行時間進行精確分析。
• 內存訪問：分析內存訪問模式，如緩存命中率、內存帶寬使用等。
• 事件跟蹤：支持跟蹤不同事件，如系統(tǒng)調用、進程調度等。

2、perf安裝

大多數現(xiàn)代 Linux 發(fā)行版都已預裝 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性能計數器

最簡單的 perf 命令之一是查看 CPU 性能計數器信息?？梢允褂?perf stat 命令來收集一些基本的統(tǒng)計信息：

perf stat ls

上面的命令會執(zhí)行 ls 命令并輸出 CPU 使用情況，如周期數、指令數、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)計項包括：

• task-clock：任務執(zhí)行時間
• cycles：CPU周期數
• instructions：指令數
• branches：分支指令數
• branch-misses：分支預測失敗的次數
• page-faults：頁面錯誤數

3.2、查看系統(tǒng)調用和事件

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

perf trace ./my_program

該命令會列出 my_program 程序執(zhí)行時的系統(tǒng)調用，類似于 strace，但是 perf trace 會提供更多的性能分析信息。

3.3、調用圖

perf 還支持生成調用圖，可以幫助我們了解函數調用的情況。使用 perf record 進行采樣，然后通過 perf report 查看調用圖。

perf record -g ./my_program
perf report

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

3.4、分析熱點函數

假設我們需要分析某個程序中最耗時的函數?？梢酝ㄟ^ perf record 和 perf report 獲得：

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

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

4、perf進階使用

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 參數指定感興趣的事件。例如，監(jiān)控指令計數和緩存命中率：

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
• cycles：CPU 周期
• cache-references：緩存訪問次數
• cache-misses：緩存未命中的次數

4.2、CPU級別性能分析

有時候，CPU 上的性能問題會影響整個系統(tǒng)的表現(xiàn)。perf 可以幫助我們分析 CPU 級別的事件。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

此命令會實時顯示系統(tǒng)級的 CPU 性能數據，包括上下文切換和 CPU 遷移情況。

4.3、分析多進程

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

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

通過上述命令，perf 將會顯示系統(tǒng)所有進程的性能數據，包括 CPU 周期、指令數、緩存訪問

5、perf輸出分析

perf 的輸出通常包含很多細節(jié)，理解這些數據對性能分析至關重要。我們可以從以下幾個方面分析輸出結果：

CPU 周期與指令數，通過比較 cycles 和 instructions 可以計算指令的執(zhí)行效率。如果 instructions 遠少于 cycles，意味著 CPU 的利用率不高，可能是由于分支預測失敗、內存延遲等問題

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，說明程序的內存訪問模式不夠友好，可能導致性能瓶頸
上下文切換和 CPU 遷移，頻繁的上下文切換和 CPU 遷移通常會導致性能下降。這些問題可能是由于鎖競爭、IO 阻塞等原因造成的

6、總結

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

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

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