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perf

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perf是Linux下的一款性能分析工具,能够进行函数级与指令级的热点查找。

Perf List
利用perf剖析程序性能时,需要指定当前测试的性能时间。性能事件是指在处理器或操作系统中发生的,可能影响到程序性能的硬件事件或软件事件
 

Perf top
实时显示系统/进程的性能统计信息

常用参数

-e:指定性能事件

-a:显示在所有CPU上的性能统计信息

-C:显示在指定CPU上的性能统计信息

-p:指定进程PID

-t:指定线程TID

-K:隐藏内核统计信息

-U:隐藏用户空间的统计信息

-s:指定待解析的符号信息

‘‐G’ or‘‐‐call‐graph’ <output_type,min_percent,call_order>

graph: 使用调用树,将每条调用路径进一步折叠。这种显示方式更加直观。

每条调用路径的采样率为绝对值。也就是该条路径占整个采样域的比率。

fractal

默认选项。类似与 graph,但是每条路径前的采样率为相对值。

flat

不折叠各条调用

选项 call_order 用以设定调用图谱的显示顺序,该选项有 2个取值,分别是

callee 与caller。

将该选项设为callee 时,perf按照被调用的顺序显示调用图谱,上层函数被下层函数所调用。

该选项被设为caller 时,按照调用顺序显示调用图谱,即上层函数调用了下层函数路径,也不显示每条调用路径的采样率

注: Perf top需要root权限



Perf stat
分析系统/进程的整体性能概况

task‐clock事件表示目标任务真正占用处理器的时间,单位是毫秒。也称任务执行时间

context-switches是系统发生上下文切换的次数

CPU-migrations是任务从一个处理器迁往另外一个处理器的次数

page-faults是内核发生缺页的次数

cycles是程序消耗的处理器周期数

instructions是指命令执行期间产生的处理器指令数

branches是指程序在执行期间遇到的分支指令数。

branch‐misses是预测错误的分支指令数。

XXX seconds time elapsed系程序持续时间

任务执行时间/任务持续时间大于1,那可以肯定是多核引起的

参数设置:

-e:选择性能事件

-i:禁止子任务继承父任务的性能计数器。

-r:重复执行 n 次目标程序,并给出性能指标在n 次执行中的变化范围。

-n:仅输出目标程序的执行时间,而不开启任何性能计数器。

-a:指定全部cpu

-C:指定某个cpu

-A:将给出每个处理器上相应的信息。

-p:指定待分析的进程id

-t:指定待分析的线程id



Perf record
记录一段时间内系统/进程的性能时间

参数:

 -e:选择性能事件

 -p:待分析进程的id

 -t:待分析线程的id

 -a:分析整个系统的性能

 -C:只采集指定CPU数据

 -c:事件的采样周期

 -o:指定输出文件,默认为perf.data

 -A:以append的方式写输出文件

 -f:以OverWrite的方式写输出文件

 -g:记录函数间的调用关系



Perf Report
读取perf record生成的数据文件,并显示分析数据

参数

-i:输入的数据文件

-v:显示每个符号的地址

-d <dos>:只显示指定dos的符号

-C:只显示指定comm的信息(Comm. 触发事件的进程名)

-S:只考虑指定符号

-U:只显示已解析的符号

-g[type,min,order]:显示调用关系,具体等同于perf top命令中的-g

-c:只显示指定cpu采样信息

-M:以指定汇编指令风格显示

–source:以汇编和source的形式进行显示

-p<regex>:用指定正则表达式过滤调用函数
   

# perf top -e cycles:k     #显示内核和模块中,消耗最多CPU周期的函数

# perf top -e kmem:kmem_cache_alloc     #显示分配高速缓存最多的函数

# perf top

Samples: 1M of event 'cycles', Event count (approx.): 73891391490
     5.44%  perf              [.] 0x0000000000023256      
     4.86%  [kernel]          [k] _spin_lock              
     2.43%  [kernel]          [k] _spin_lock_bh           
     2.29%  [kernel]          [k] _spin_lock_irqsave      
     1.77%  [kernel]          [k] __d_lookup              
     1.55%  libc-2.12.so      [.] __strcmp_sse42          
     1.43%  nginx             [.] ngx_vslprintf           
     1.37%  [kernel]          [k] tcp_poll          

第一列:符号引发的性能事件的比例,默认指占用的cpu周期比例。
第二列:符号所在的DSO(Dynamic Shared Object),可以是应用程序、内核、动态链接库、模块。
第三列:DSO的类型。[.]表示此符号属于用户态的ELF文件,包括可执行文件与动态链接库)。[k]表述此符号属于内核或模块。
第四列:符号名。有些符号不能解析为函数名,只能用地址表示。
	 
   

# perf top -G         #得到调用关系图

# perf top -e cycles         #指定性能事件

# perf top -p 23015,32476         #查看这两个进程的cpu cycles使用情况

# perf top -s comm,pid,symbol         #显示调用symbol的进程名和进程号

# perf top --comms nginx,top         #仅显示属于指定进程的符号

# perf top --symbols kfree         #仅显示指定的符号
	 
   

#  perf stat ls 

 Performance counter stats for 'ls':

          0.653782 task-clock                #    0.691 CPUs utilized          
                 0 context-switches          #    0.000 K/sec                  
                 0 CPU-migrations            #    0.000 K/sec                  
               247 page-faults               #    0.378 M/sec                  
         1,625,426 cycles                    #    2.486 GHz                    
         1,050,293 stalled-cycles-frontend   #   64.62% frontend cycles idle   
           838,781 stalled-cycles-backend    #   51.60% backend  cycles idle   
         1,055,735 instructions              #    0.65  insns per cycle        
                                             #    0.99  stalled cycles per insn
           210,587 branches                  #  322.106 M/sec                  
            10,809 branch-misses             #    5.13% of all branches        

       0.000945883 seconds time elapsed

	输出包括ls的执行时间,以及10个性能事件的统计。

	task-clock:任务真正占用的处理器时间,单位为ms。CPUs utilized = task-clock / time elapsed,CPU的占用率。

	context-switches:上下文的切换次数。

	CPU-migrations:处理器迁移次数。Linux为了维持多个处理器的负载均衡,在特定条件下会将某个任务从一个CPU

	迁移到另一个CPU。

	page-faults:缺页异常的次数。当应用程序请求的页面尚未建立、请求的页面不在内存中,或者请求的页面虽然在内

	存中,但物理地址和虚拟地址的映射关系尚未建立时,都会触发一次缺页异常。另外TLB不命中,页面访问权限不匹配

	等情况也会触发缺页异常。

	cycles:消耗的处理器周期数。如果把被ls使用的cpu cycles看成是一个处理器的,那么它的主频为2.486GHz。

	可以用cycles / task-clock算出。

	stalled-cycles-frontend:略过。

	stalled-cycles-backend:略过。

	instructions:执行了多少条指令。IPC为平均每个cpu cycle执行了多少条指令。

	branches:遇到的分支指令数。branch-misses是预测错误的分支指令数。

	   
#  perf stat -r 10 ls > /dev/null         #执行10次程序,给出标准偏差与期望的比值

#  perf stat -v ls > /dev/null         #显示更详细的信息

#  perf stat -n ls > /dev/null         #只显示任务执行时间,不显示性能计数器

#  perf stat -a -A ls > /dev/null         #单独给出每个CPU上的信息

#  perf stat -e syscalls:sys_enter ls          #ls命令执行了多少次系统调用
	 
   

#  perf record -p `pgrep -d ',' nginx`      #记录nginx进程的性能数据

#  perf record ls -g    #记录执行ls时的性能数据

# perf record -e syscalls:sys_enter ls      #记录执行ls时的系统调用,可以知道哪些系统调用最频繁

   

#   perf lock record ls      #记录

#   perf lock report      #报告

                Name   acquired  contended total wait (ns)   max wait (ns)   min wait (ns) 

 &mm->page_table_...        382          0               0               0               0 
 &mm->page_table_...         72          0               0               0               0 
           &fs->lock         64          0               0               0               0 
         dcache_lock         62          0               0               0               0 
       vfsmount_lock         43          0               0               0               0 
 &newf->file_lock...         41          0               0               0               0 

Name:内核锁的名字。
aquired:该锁被直接获得的次数,因为没有其它内核路径占用该锁,此时不用等待。
contended:该锁等待后获得的次数,此时被其它内核路径占用,需要等待。
total wait:为了获得该锁,总共的等待时间。
max wait:为了获得该锁,最大的等待时间。
min wait:为了获得该锁,最小的等待时间。

   

#  perf kmem record ls      #记录

#  perf kmem stat --caller --alloc -l 20      #报告

------------------------------------------------------------------------------------------------------
 Callsite                           | Total_alloc/Per | Total_req/Per   | Hit      | Ping-pong | Frag
------------------------------------------------------------------------------------------------------
 perf_event_mmap+ec                 |    311296/8192  |    155952/4104  |       38 |        0 | 49.902%
 proc_reg_open+41                   |        64/64    |        40/40    |        1 |        0 | 37.500%
 __kmalloc_node+4d                  |      1024/1024  |       664/664   |        1 |        0 | 35.156%
 ext3_readdir+5bd                   |        64/64    |        48/48    |        1 |        0 | 25.000%
 load_elf_binary+8ec                |       512/512   |       392/392   |        1 |        0 | 23.438%

Callsite:内核代码中调用kmalloc和kfree的地方。
Total_alloc/Per:总共分配的内存大小,平均每次分配的内存大小。
Total_req/Per:总共请求的内存大小,平均每次请求的内存大小。
Hit:调用的次数。
Ping-pong:kmalloc和kfree不被同一个CPU执行时的次数,这会导致cache效率降低。
Frag:碎片所占的百分比,碎片 = 分配的内存 - 请求的内存,这部分是浪费的。
有使用--alloc选项,还会看到Alloc Ptr,即所分配内存的地址。

   

#  perf sched record sleep 10    

#  perf report latency --sort max    

 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  Task                  |   Runtime ms  | Switches | Average delay ms | Maximum delay ms | Maximum delay at     |
 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  events/10:61          |      0.655 ms |       10 | avg:    0.045 ms | max:    0.161 ms | max at: 9804.958730 s
  sleep:11156           |      2.263 ms |        4 | avg:    0.052 ms | max:    0.118 ms | max at: 9804.865552 s
  edac-poller:1125      |      0.598 ms |       10 | avg:    0.042 ms | max:    0.113 ms | max at: 9804.958698 s
  events/2:53           |      0.676 ms |       10 | avg:    0.037 ms | max:    0.102 ms | max at: 9814.751605 s
  perf:11155            |      2.109 ms |        1 | avg:    0.068 ms | max:    0.068 ms | max at: 9814.867918 s

TASK:进程名和pid。
Runtime:实际的运行时间。
Switches:进程切换的次数。
Average delay:平均的调度延迟。
Maximum delay:最大的调度延迟。
Maximum delay at:最大调度延迟发生的时刻。

   

#  perf probe --line schedule    #前面有行号的可以探测,没有行号的就不行了

#  perf report latency --sort max    #在schedule函数的12处增加一个探测点

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