安裝

在開(kāi)發(fā)板上使用apt安裝perf命令：

apt install -y perf

或者進(jìn)入kernel內(nèi)核源碼目錄tools/perf，交叉編譯執(zhí)行make，然后拷貝到開(kāi)發(fā)板中運(yùn)行。

認(rèn)識(shí)Perf

perf可以用來(lái)統(tǒng)計(jì)一個(gè)程序運(yùn)行期間花了多少時(shí)間、上下文切換次數(shù)、cache命中率等一些性能相關(guān)的事件，通過(guò)perf可以分析一個(gè)程序的性能瓶頸，從而對(duì)程序做出優(yōu)化。

perf性能事件的關(guān)系圖如下:

執(zhí)行命令：

perf list

可以看到如下顯示：

branch-instructions OR branches                    [Hardware event]
branch-misses                                      [Hardware event]
cache-misses                                       [Hardware event]
... ...

context-switches OR cs                             [Software event]
page-faults OR faults                              [Software event]
... ...

L1-dcache-load-misses                              [Hardware cache event]
L1-dcache-loads                                    [Hardware cache event]
... ...

block:block_bio_backmerge                          [Tracepoint event]
clk:clk_enable                                     [Tracepoint event]
dma_fence:dma_fence_destroy                        [Tracepoint event]
... ...

其中

• hardware event 是硬件相關(guān)的性能事件
• software event 是軟件相關(guān)的性能事件
• hardware cache event 是cache相關(guān)的性能事件
• tracepoint event 是內(nèi)核設(shè)置的相關(guān)的性能事件

perf的性能事件主要可以分為以上四類(lèi)，但是像hardware event這類(lèi)事件依賴(lài)于硬件的實(shí)現(xiàn)，如果硬件不支持也無(wú)法統(tǒng)計(jì)。部分的其它事件在使用的過(guò)程也會(huì)遇到不支持的情況。

另外執(zhí)行perf list命令并不會(huì)把所有的事件都列舉出來(lái)，perf list只會(huì)顯示支持的事件，如果不支持就看不到了。

Perf功能概覽

perf的功能可以分為基礎(chǔ)子命令和功能型子命令兩大類(lèi)。

基礎(chǔ)子命令是最常用的命令，是必須要學(xué)會(huì)的。

基礎(chǔ)子命令如下 ：

功能型子命令如下 ：

更多的命令詳細(xì)參考perf -h說(shuō)明。

Perf基礎(chǔ)子命令

perf list

perf list可以列舉支持哪些事件：

perf stat

perf stat可以采樣perf list所列舉的事件，使用幫助如下：

perf stat -h

-a, --all-cpus        system-wide collection from all CPUs
-A, --no-aggr         disable CPU count aggregation
-B, --big-num         print large numbers with thousands' separators
-C, --cpu < cpu >       list of cpus to monitor in system-wide
-D, --delay < n >       ms to wait before starting measurement after program start (-1: start with events disabled)
-d, --detailed        detailed run - start a lot of events
-e, --event < event >   event selector. use 'perf list' to list available events
-G, --cgroup < name >   monitor event in cgroup name only
-g, --group           put the counters into a counter group
... ...

perf stat可以通過(guò)-e指定某個(gè)事件，例如統(tǒng)計(jì)ls命令的cpu-clock事件：

對(duì)于tracepoint event事件，其本身就分為很多種類(lèi)型，例如：block:block_bio_backmerge，就表示block這個(gè)類(lèi)型的block_bio_backmerge這個(gè)采樣點(diǎn)。

tracepoint event支持采樣類(lèi)型和采樣點(diǎn)非常多，有clk，mmc，sched等類(lèi)型，而其中每個(gè)采樣類(lèi)型又分為更多的采樣點(diǎn)，因此， 可以通過(guò)perf list后面跟上采樣類(lèi)型的名字 ，來(lái)查看某個(gè)特性類(lèi)型的采樣點(diǎn)。

可以看到，一個(gè)sched類(lèi)型，對(duì)應(yīng)很多采樣點(diǎn)。

對(duì)應(yīng)著sched:sched_switch這個(gè)采樣點(diǎn)。通過(guò)perf stat子命令可以得到觀測(cè)結(jié)果：

可以看到，執(zhí)行ls，cpu運(yùn)行了29次sched_switch，也就是對(duì)應(yīng)的__schedule函數(shù)。

其實(shí)tracepoint event最強(qiáng)大的地方在于時(shí)間的統(tǒng)計(jì) ，內(nèi)核中每個(gè)采樣點(diǎn)都代表了一些重要的時(shí)刻，比如，進(jìn)程切換了，調(diào)度器把進(jìn)程放入runqueue，或者開(kāi)始真正的進(jìn)程運(yùn)行，都會(huì)加上一個(gè)tracepoint，來(lái)記錄時(shí)間，從而為分析和調(diào)試提供支持。

perf record & perf report

perf stat子命令展示的是 即時(shí)的數(shù)據(jù) ，若想要獲取更多信息，則需要用perf record子命令將信息組成一個(gè)perf.data文件，并利用perf report將其解析并展示出來(lái)。

因此perf record和perf report命令通常是一起使用的。

同樣的，perf record和perf report子命令也具有相當(dāng)多的參數(shù)。

perf report -h

-b, --branch-stack    use branch records for per branch histogram filling
-c, --comms < comm[,comm...] >
only consider symbols in these comms
-C, --cpu < cpu >       list of cpus to profile
... ...

例如對(duì)context-switches事件采樣：

perf record -e context-switches -a sleep 1

然后執(zhí)行perf report顯示更多的詳細(xì)信息：

可以看到，perf report子命令不光展示了cpu執(zhí)行sleep 1時(shí)發(fā)生的上下文切換次數(shù)，還展示了這切換都分布在哪些進(jìn)程中。

perf script

perf script主要被用來(lái)生成perf.unfold文件，被交給一個(gè)名叫FlameGraph（ 火焰圖 ）的工具，這個(gè)工具會(huì)解析perf.unfold數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換成易于人類(lèi)閱讀和分析的圖形。

火焰圖

wget "https://github.com/brendangregg/FlameGraph/archive/master.zip"
unzip master.zip

如果希望了解CPU在一段時(shí)間內(nèi)的都運(yùn)行了哪些函數(shù)以及各函數(shù)都消耗了多少時(shí)間，就可以使用On CPU火焰圖，這種火焰圖基于cpu-cycles事件進(jìn)行采樣，然后通過(guò)svg圖片格式展現(xiàn)出來(lái)

dd if=/dev/zero of=/tmp/testfile bs=4K count=102400 &
perf record -e cpu-cycles -a -g sleep 1
perf script > perf.unfold
cd FlameGraph-master
./stackcollapse-perf.pl < ../perf.unfold | ./flamegraph.pl > ../perf.svg

首先在后臺(tái)啟動(dòng)一個(gè)dd命令，讓它持續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，然后開(kāi)啟perf record，記錄一秒鐘內(nèi)cpu都運(yùn)行了多少個(gè)cpu-cycles，也就是時(shí)間（同時(shí)使能-g，就會(huì)一并記錄運(yùn)行的函數(shù)以及調(diào)用關(guān)系），再利用perf script命令將perf.data轉(zhuǎn)成perf.unfold，最后利用FlameGraph工具將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)perf.svg，這是一個(gè)圖形文件，用瀏覽器打開(kāi)后會(huì)得到這樣一幅圖：

此圖記錄著函數(shù)調(diào)用關(guān)系及其cpu-cycles（時(shí)間）占比，就像一縷縷升起的火苗，所以被稱(chēng)之為火焰圖。

火焰圖還可以通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊放大，觀察其細(xì)節(jié)，如下：

Perf功能型子命令

列舉2個(gè)perf功能型子命令實(shí)例top和bench，更多的參考-h列舉的說(shuō)明。

perf top

perf top子命令動(dòng)態(tài)地顯示各種采樣事件，例如：

perf top -e sched:sched_wakeup

perf bench

perf bench子命令是perf內(nèi)部集成的一個(gè)benchmark測(cè)試程序，可以看一下perf bench支持哪些benchmark：

可見(jiàn)，benchmark有sched，mem,futex等幾大類(lèi)

perf bench mem

而mem里又包含了2個(gè)測(cè)試點(diǎn)

perf bench mem memcpy

perf bench mem memset

總結(jié)

perf是用于性能分析的一個(gè)工具，功能強(qiáng)大，用法也非常多。但是要真正用明白，懂得分析，需要長(zhǎng)時(shí)間的學(xué)習(xí)和沉淀。

例如必須得知道cycles、instructions、分支預(yù)測(cè)等這些是什么意思，每個(gè)性能事件的統(tǒng)計(jì)值高低所帶來(lái)的影響分別是什么，如何增加/降低某個(gè)性能事件的統(tǒng)計(jì)值等等，只有在具備這些理論基礎(chǔ)的情況下，去分析perf的統(tǒng)計(jì)值才比較有意義。