Perf

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本文档大部分内容均为摘抄,仅供技术学习, 勿传播。

1 什么是 Perf

Perf is a profiler tool for Linux 2.6+ based systems that abstracts away CPU hardware differences in Linux performance measurements and presents a simple commandline interface. Perf is based on the perfevents interface exported by recent versions of the Linux kernel.

The perf tool offers a rich set of commands to collect and analyze performance and trace data.

usage: perf [--version] [--help] COMMAND [ARGS]

The most commonly used perf commands are:
  annotate        Read perf.data (created by perf record) and display annotated code
  archive         Create archive with object files with build-ids found in perf.data file
  bench           General framework for benchmark suites
  buildid-cache   Manage build-id cache.
  buildid-list    List the buildids in a perf.data file
  diff            Read two perf.data files and display the differential profile
  evlist          List the event names in a perf.data file
  inject          Filter to augment the events stream with additional information
  kmem            Tool to trace/measure kernel memory(slab) properties
  kvm             Tool to trace/measure kvm guest os
  list            List all symbolic event types
  lock            Analyze lock events
  record          Run a command and record its profile into perf.data
  report          Read perf.data (created by perf record) and display the profile
  sched           Tool to trace/measure scheduler properties (latencies)
  script          Read perf.data (created by perf record) and display trace output
  stat            Run a command and gather performance counter statistics
  test            Runs sanity tests.
  timechart       Tool to visualize total system behavior during a workload
  top             System profiling tool.
  trace           strace inspired tool
  probe           Define new dynamic tracepoints

See 'perf help COMMAND' for more information on a specific command.

2 Perf 的功能

  • 评估程序对硬件资源的使用情况: 各级 Cache 访问次数、各级 Cache 丢失次数、流水线停顿周期、前端总线访问次数 …
  • 评估程序对操作系统资源的使用情况: 系统调用次数、Page Fault 次数、上下文切换次数、任务迁移次数…
  • 评估内核性能: Benchmarks、调度器性能分析、系统行为记录与重演动态添加探测点…

2.1 Perf list

功能: 查看当前软硬件环境、支持的性能事件。

查看所有分类事件的个数:

perf list | awk -F: '/Tracepoint event/ { lib[$1]++ } END { for (l in lib) { printf "  %-16s %d\n", l, lib[l] } }' | sort | column

These include:

  • block: block device I/O
  • ext3, ext4: file system operations
  • kmem: kernel memory allocation events
  • random: kernel random number generator events
  • sched: CPU scheduler events
  • syscalls: system call enter and exits
  • task: task events

性能事件分三类:

  1. 硬件性能事件
  2. 软件性能事件
  3. tracepoint event

2.2 Perf stat

功能: 分析程序的整体性能.

示例:

perf stat -e task-clock ./a.out
分析 task-clock 事件
perf stat -p 31317
分析 31317 进程
perf stat -t 31318
分析 31318 线程
perf stat -r 5 ./a.out
分析 5 次就停止
perf stat -d ./a.out
全面分析

2.3 Perf top

功能: 实时显示系统/进程的性能统计信息。

使用方法: perf top <options> 分析界面之后 ? 可以查看快捷键。有用的是 ~a~, 即: "annotate current symbol", 可以看到具体的指令。

示例:

  1. perf top -a -p 31317 # 分析整个 31317 进程的性能
  2. perf top -n -p 31317 # 显示事件数量
  3. perf top --show-total-period -p 31317 # 累计事件个数
  4. perf top -G

top 界面解释:

  • 第一列: 性能事件在整个检测域中占的比例,符号的 热度
  • 第二列: 符号所在 DSO(Dynamic Shared Object)
  • 第三列: DSO 类型(ELF可执行文件,动态链接库,内核,内核模块,VDSO 等)
  • 第四列: 符号名(函数名)

#** 2.4 Perf record/report

功能:

  1. record: 记录一段时间内系统/进程的性能事件,生成 perf.data 文件
  2. report: 读取 perf.data 文件,并显示分析数据

使用: perf record [<options>] [<command>]

示例:

perf record -g -p 31655 # 记录一段时间的 zoneserver 性能事件 perf report # 得到分析结果 perf report -n # 显示对应时间的调用次数 perf report -v # 显示每个符号的地址 perf report -g flat,5% # perf report -g graph,5% # perf report -g fractal,5% #

2.4 Perf timechart

功能: 将系统的运行状态以 SVG 图的形式输出。

  1. 各处理器状态(run, idle)
  2. 各进程的时间图谱(run, sleep, blocked …)

示例:

perf timechart record -p 31655

2.5 Perf script

功能: 查看 perf 数据文件 (perf.data)

示例:

  • perf script -l # 查看当前系统中可扩展脚本
  • perf script syscall-count # 查看系统调用被调度次数
  • perf script sctop # 实时查看各个系统调用被调用的次数

2.6 Perf kmem

功能: 针对内存子系统的分析工具。也可以用 perf record -e kmem:* -p 630 来统计内存分配、释放。

2.7 内核 tracepoint

暂无.

3 一些术语

PMU
Performance Monitoring Unit,性能检测单元。
Tracepoints
Tracepoint 是散落在内核源代码中的一些 hook,一旦使用,它们便可以在特定的代码被运行到时被触发,这一特性可以被各种 trace/debug 工具所使用。
page-fault
Linux的内存管理子系统采用了分页机制。当应用程序请求的页面尚未建立、请求的页面不在内存中、请求的页面虽然在内存中,但尚未建立物理地址与虚拟地址的映射关系时,都会触发一次缺页异常(page-fault)。
task-clock
应用程序真正占用处理器的时间,单位是毫秒。任务执行时间。Linux是多任务分时操作系统中,一个任务不太可能在执行期间始终占据处理器。操作系统会根据调度策略合理安排各个任务轮流使用处理器,每次调度会产生一次上下文切换。
cycle
程序消耗的处理器周期数。
instructions
程序执行期间产生的处理器指令数。
branches
程序在执行期间遇到的分支指令数。绝大多数现在处理器都具有分支预测与OOO(Out-of-Order)执行机制,以充分利用 CPU 内部的资源,减少流水线停顿周期。当处理器遇到分支指令时,正常来说,需要等待分支条件计算完毕才能知道后续指令该往何处跳转。这就导致了在等待分支条件计算期间,流水线上出现若干周期的停顿(流水线Hazard)。

4 参考(扩展)资料

Date: 2017-12-04 11:43:59

Author: JerryZhang