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系统级性能分析工具perf的介绍与使用_ITPUB博客
测试环境：Ubuntu16.04 + Kernel：4.4.0-31
apt-get install linux-source
cd /usr/src/tools/perf
make && make install
RHEL安装方式：
yum -y install perf.x86_64
系统级性能优化通常包括两个阶段：性能剖析（performance profiling）和代码优化。
性能剖析的目标是寻找性能瓶颈，查找引发性能问题的原因及热点代码。
代码优化的目标是针对具体性能问题而优化代码或编译选项，以改善软件性能。
在性能剖析阶段，需要借助于现有的profiling工具，如perf等。在代码优化阶段往往需要借助开发者的经验，
编写简洁高效的代码，甚至在汇编级别合理使用各种指令，合理安排各种指令的执行顺序。
perf是一款Linux性能分析工具。Linux性能计数器是一个新的基于内核的子系统，它提供一个性能分析框架，
比如硬件（CPU、PMU(Performance Monitoring Unit)）功能和软件(软件计数器、tracepoint)功能。
通过perf，应用程序可以利用PMU、tracepoint和内核中的计数器来进行性能统计。它不但可以分析制定应用
程序的性能问题（per thread），也可以用来分析内核的性能问题，当然也可以同事分析应用程序和内核，从
而全面理解应用程序中的性能瓶颈。
使用perf，可以分析程序运行期间发生的硬件事件，比如instructions retired、processor clock cycles等；也
可以分析软件时间，比如page fault和进程切换。
perf是一款综合性分析工具，大到系统全局性性能，再小到进程线程级别，甚至到函数及汇编级别。
perf提供了十八般武器，可以拿大刀大卸八块，也可以拿起手术刀细致分析。
1. 背景知识
1.1 tracepoints
tracepoints是散落在内核源码中的一些hook，它们可以在特定的代码被执行到时触发，这一特定可以被各种
trace/debug工具所使用。
perf将tracepoint产生的时间记录下来，生成报告，通过分析这些报告，条有人缘便可以了解程序运行期间内核
的各种细节，对性能症状做出准确的诊断。
这些tracepint的对应的sysfs节点在/sys/kernel/debug/tracing/events目录下。
1.2 硬件特性之cache
内存读写是很快的，但是还是无法和处理器指令执行速度相比。为了从内存中读取指令和数据，处理器需要等
待，用处理器时间来衡量，这种等待非常漫长。cache是一种SRAM，读写速度非常快，能和处理器相匹配。因
此将常用的数据保存在cache中，处理器便无需等待，从而提高性能。cache的尺寸一般都很小，充分利用
cache是软件调优非常重要部分。
2. 主要关注点
基于性能分析，可以进行算法优化（空间复杂度和时间复杂度权衡）、代码优化（提高执行速度、减少内存占
用）。
评估程序对硬件资源的使用情况，例如各级cache的访问次数、各级cache的丢失次数、流水线停顿周期、前端
总线访问次数等。
评估程序对操作系统资源的使用情况，系统调用次数、上下文切换次数、任务迁移次数。
事件可以分为三种：
1. Hardware Event由PMU部件产生，在特定的条件下探测性能事件是否发生以及发生的次数。比如cache命
中。
2. Software Event是内核产生的事件，分布在各个功能模块中，统计和操作系统相关性能事件。比如进程切
换，tick数等。
3. Tracepoint Event是内核中静态tracepoint所触发的事件，这些tracepoint用来判断程序运行期间内核的行
为细节，比如slab分配器的分配次数等。
3. perf的使用
perf --help之后可以看到perf的二级命令。
序
号
命令 作用
1 annotate 解析perf record生成的perf.data文件，显示被注释的代码。
2 archive 根据数据文件记录的build-id，将所有被采样到的elf文件打包。利用此压缩包，可以
再任何机器上分析数据文件中记录的采样数据。
3 bench perf中内置的benchmark，目前包括两套针对调度器和内存管理子系统的
benchmark。
4 buildid-
cache
管理perf的buildid缓存，每个elf文件都有一个独一无二的buildid。buildid被perf用
来关联性能数据与elf文件。
5 buildid-
list
列出数据文件中记录的所有buildid。
6 diff 对比两个数据文件的差异。能够给出每个符号（函数）在热点分析上的具体差异。
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