Linux程序性能分析和火焰图

Linux程序性能分析和火焰图

       Linux程序的性能分析工具数量比较多，涉及到整个操作系统的方方面面，可能是开源的原因吧，相对于Windows来说丰富太多。其中应用分析性能方面Dtrace, SystemTap, Perf_events应该算是这方面的集大成者。Dtrace目前只在较高的内核版本有支持，记得是4.8以后， SystemTap则是需要在Red Hat的官方网站下载OS版本对应的调试符号和对应的调试版本内核，配置起来需要花费一定的时间，只有Perf_events使用起来比较方面，但是客观来说，实力也是最弱的，但应对日一些简单的场景也足够了。本文以Perf_events进行示范，算是对这方面感兴趣的朋友开个头，抛砖引玉一下。

       Perf_events简称perf是 Linux 系统原生提供的性能分析工具，会返回 CPU 正在执行的函数名以及调用栈（stack）。通常，它的执行频率是 99Hz（每秒99次），如果99次都返回同一个函数名，那就说明 CPU 这一秒钟都在执行同一个函数，可能存在性能问题。

命令如下：

# perf record -F 99 -p 15533 -g -- sleep 30

       上面的命令中，perf record表示记录，-F 99表示每秒99次，-p 15533是进程号，即对哪个进程进行分析，也可以对线程进行分析， -g表示记录调用栈，sleep 30则是持续30秒。运行后会产生一个庞大的文本文件。如果一台服务器有16个 CPU，每秒抽样99次，持续30秒，就得到 47,520 个调用栈，长达几十万甚至上百万行。为了便于阅读，perf record命令可以统计每个调用栈出现的百分比，然后从高到低排列。

命令如下：

# perf report -n --stdio

由于文本显示方式对于初学者不是十分直观，于是有了火焰图， 首先对刚才生成的perf.data进行如下两步处理。

# perf script -i perf.data &> perf.unfold

# ./stackcollapse-perf.pl perf.unfold &> perf.folded

然后生成火焰图

#./flamegraph.pl perf.folded > perf.svg

具体的火焰图生成工具可以去如下路径下载：

https://github.com/brendangregg/FlameGraph

关于火焰图

       火焰图是基于 perf 结果产生的 SVG 图片，用来展示 CPU 的调用栈。y 轴表示调用栈，每一层都是一个函数。调用栈越深，火焰就越高，顶部就是正在执行的函数，下方都是它的父函数。x 轴表示抽样数，如果一个函数在 x 轴占据的宽度越宽，就表示它被抽到的次数多，即执行的时间长。注意，x 轴不代表时间，而是所有的调用栈合并后，按字母顺序排列的。火焰图就是看顶层的哪个函数占据的宽度最大。只要有"平顶"（plateaus），就表示该函数可能存在性能问题。颜色没有特殊含义，因为火焰图表示的是 CPU 的繁忙程度，所以一般选择暖色调。火焰图是 SVG 图片，可以与用户互动。

--鼠标悬浮

火焰的每一层都会标注函数名，鼠标悬浮时会显示完整的函数名、抽样抽中的次数、占据总抽样次数的百分比。

--点击放大

在某一层点击，火焰图会水平放大，该层会占据所有宽度，显示详细信息。左上角会同时显示"Reset Zoom"，点击该链接，图片就会恢复原样。

--搜索

按下 Ctrl + F 会显示一个搜索框，用户可以输入关键词或正则表达式，所有符合条件的函数名会高亮显示。

小结

       本文对linux应用性能分析工具perf的使用进行了完整的介绍，并对如何生成火焰图的命令进行了示范，火焰图的应用场景很多，不仅可以处理perf的输出数据还可以处理Dtrace命令的输出，功能强悍，希望本文对大家有所帮助。