什么是perf?

Linux性能調優工具，32內核以上自帶的工具，軟件性能分析。在2.6.31及后續版本的linux內核里，安裝perf非常的容易。

幾乎能夠處理所有與性能相關的事件。

什么是性能事件？

指在處理器或者操作系統中發生，可能影響到程序性能的硬件事件或者軟件事情。

主要關注點在哪里？

算法優化（空間復雜度、時間復雜度）、代碼優化（提到執行速度、減少內存占用）

評估程序對硬件資源的使用情況，例如各級cache的訪問次數，各級cache的丟失次數、流水線停頓周期、前端總線訪問次數等。

評估程序對操作系統資源的使用情況，系統調用次數、上下文切換次數、任務遷移次數。

基本原理？

硬件的話采用PMC（performance monitoring unit）CPU的部件，在特定的條件下探測的性能事件是否發生以及發生的次數。

軟件性能測試，內置于kernel，分布在各個功能模塊中，統計和操作系統相關性能事件。

如何使用高精度的采樣？

如果需要采用高精度的采樣，需要在制定性能事情時，在事件后添加后綴“：p”或者“:pp”

[cpp]?view plain?copy

0：無精度保證??

1：采樣指令好觸發性能時間的指令偏差為常數（:p）??

2：盡量保證偏差為0（:pp）??

3：保證偏差必須為0(:ppp)??

有哪些常用的命令？

1、perf list 列出所有能夠觸發perf采樣點的事件（當前硬件環境支持的性能事件）

總體分為三類hardware（硬件產生）、software（內核軟件產生）、tradepoint（內核中靜態tracepoint觸發事件）。

[html]?view plain?copy

List?of?pre-defined?events?(to?be?used?in?-e):??

cpu-cycles?OR?cycles???????????????????????????????[Hardware?event]處理器周期事件??

stalled-cycles-frontend?OR?idle-cycles-frontend????[Hardware?event]??

stalled-cycles-backend?OR?idle-cycles-backend??????[Hardware?event]??

instructions???????????????????????????????????????[Hardware?event]??

cache-references???????????????????????????????????[Hardware?event]??

cache-misses???????????????????????????????????????[Hardware?event]??

branch-instructions?OR?branches????????????????????[Hardware?event]??

branch-misses??????????????????????????????????????[Hardware?event]??

bus-cycles?????????????????????????????????????????[Hardware?event]??

cpu-clock??????????????????????????????????????????[Software?event]??

task-clock?????????????????????????????????????????[Software?event]??

page-faults?OR?faults??????????????????????????????[Software?event]??

minor-faults???????????????????????????????????????[Software?event]??

major-faults???????????????????????????????????????[Software?event]??

context-switches?OR?cs?????????????????????????????[Software?event]??

cpu-migrations?OR?migrations???????????????????????[Software?event]??

alignment-faults???????????????????????????????????[Software?event]??

emulation-faults???????????????????????????????????[Software?event]??

L1-dcache-loads????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

L1-dcache-load-misses??????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

L1-dcache-stores???????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

L1-dcache-store-misses?????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

L1-dcache-prefetches???????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

L1-dcache-prefetch-misses??????????????????????????[Hardware?cache?event]??

L1-icache-loads????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

L1-icache-load-misses??????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

L1-icache-prefetches???????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

L1-icache-prefetch-misses??????????????????????????[Hardware?cache?event]??

LLC-loads??????????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

LLC-load-misses????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

LLC-stores?????????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

LLC-store-misses???????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

LLC-prefetches?????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

LLC-prefetch-misses????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

dTLB-loads?????????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

dTLB-load-misses???????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

dTLB-stores????????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

dTLB-store-misses??????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

dTLB-prefetches????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

dTLB-prefetch-misses???????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

iTLB-loads?????????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

iTLB-load-misses???????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

branch-loads???????????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

branch-load-misses?????????????????????????????????[Hardware?cache?event]??

2、perf stat分析程序的整體性能

利用10個典型事件剖析了應用程序。

task-clock：目標任務真真占用處理器的時間，單位是毫秒，我們稱之為任務執行時間，

后面是任務的處理器占用率（執行時間和持續時間的比值）

持續時間值從任務提交到任務結束的總時間（總時間在stat結束之后會打印出來）。

context-switches：上下文切換次數，前半部分是切換次數，后面是平均每秒發生次數（M是10的6次方）。

cpu-migrations：處理器遷移，linux為了位置各個處理器的負載均衡，

會在特定的條件下將某個任務從一個處理器遷往另外一個處理器，此時便是發生了一次處理器遷移。

page-fault：缺頁異常，linux內存管理子系統采用了分頁機制，

當應用程序請求的頁面尚未建立、請求的頁面不在內存中或者請求的頁面雖在在內存中，

但是尚未建立物理地址和虛擬地址的映射關系是，會觸發一次缺頁異常。

cycles：任務消耗的處理器周期數

instructions：任務執行期間產生的處理器指令數，IPC（instructions perf cycle）

IPC是評價處理器與應用程序性能的重要指標。（很多指令需要多個處理周期才能執行完畢），

IPC越大越好，說明程序充分利用了處理器的特征。

branches：程序在執行期間遇到的分支指令數。

branch-misses：預測錯誤的分支指令數

cache-misses：cache時效的次數

cache-references：cache的命中次數

常用的參數如下

[cpp]?view plain?copy

-e,指定性能事件??

-p,指定分析進程的PID??

-t,指定待分析線程的TID??

-r?N，連續分析N次??

-d,全面性能分析,采用更多的性能事件??

一次分析后的結果如下:

[html]?view plain?copy

Performance?counter?stats?for?process?id?'21787':??

42677.253367?task-clock????????????????#????0.142?CPUs?utilized???????????

587,906?context-switches??????????#????0.014?M/sec???????????????????

29,209?CPU-migrations????????????#????0.001?M/sec???????????????????

117?page-faults???????????????#????0.000?M/sec???????????????????

82,341,400,508?cycles????????????????????#????1.929?GHz?????????????????????[83.48%]??

61,262,984,952?stalled-cycles-frontend???#???74.40%?frontend?cycles?idle????[83.28%]??

43,113,701,768?stalled-cycles-backend????#???52.36%?backend??cycles?idle????[66.72%]??

44,023,301,495?instructions??????????????#????0.53??insns?per?cycle?????????

#????1.39??stalled?cycles?per?insn?[83.50%]??

8,137,448,528?branches??????????????????#??190.674?M/sec???????????????????[83.22%]??

430,957,756?branch-misses?????????????#????5.30%?of?all?branches?????????[83.34%]??

300.393753095?seconds?time?elapsed??

3、perf top實時顯示系統/進程的性能統計信息

默認性能事件“cycles CPU周期數”進行全系統的性能剖析

常見的參數如下：

[cpp]?view plain?copy

-p：指定進程PID??

-t：指定線程的TID??

-a：分析整個系統的性能（默認）??

-d：界面刷新周期，默認是2秒??

結果輸出中，比例是該符號引發的性能時間在整個監測域中占的比例，通常稱為熱度。

[html]?view plain?copy

samples??pcnt?function???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????DSO??

_______?_____?______________________________________________________________________________________?_________??

61.00?19.4%?native_write_msr_safe??????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

18.00??5.7%?JVM_InternString???????????????????????????????????????????????????????????????????????libjvm.so??

17.00??5.4%?find_busiest_group?????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

17.00??5.4%?_spin_lock?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

12.00??3.8%?dev_hard_start_xmit????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

11.00??3.5%?tg_load_down???????????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

9.00??2.9%?futex_wake?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

8.00??2.5%?do_futex???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

7.00??2.2%?load_balance_fair??????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

7.00??2.2%?weighted_cpuload???????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

7.00??2.2%?update_cfs_shares??????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

7.00??2.2%?JVM_LatestUserDefinedLoader????????????????????????????????????????????????????????????libjvm.so??

6.00??1.9%?update_cfs_load????????????????????????????????????????????????????????????????????????[kernel]??

5.00??1.6%?_ZN16SystemDictionary30resolve_instance_class_or_nullE12symbolHandle6HandleS1_P6Thread?libjvm.so??

5.00??1.6%?br_sysfs_delbr?????????????????????????????????????????????????????????????????????????[bridge]??

5.00??1.6%?futex_wait????????????

4、perf ?record/report記錄一段時間內系統/進程的性能事件

默認在當前目錄下生成數據文件：perf.data

report讀取生成的perf.data文件，-i參數指定路徑

了解perf，是性能分析的開始。

http://www.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-cn-perf1/

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