?perf 命令詳解?

perf?是 Linux 系統中最強大的 ?性能分析工具?，基于內核的?perf_events?子系統實現，支持硬件性能計數器（PMC）、軟件事件跟蹤等功能，用于定位 CPU、內存、I/O 等性能瓶頸。以下是其核心用法與實戰指南：

一、安裝與基礎配置?

1. ?安裝

# Debian/Ubuntu
sudo apt install linux-tools-common linux-tools-$(uname -r)# CentOS/RHEL
sudo yum install perf# 驗證安裝
perf --version

?? ? 2.?內核符號支持?

• 安裝調試符號包（如?linux-image-$(uname -r)-dbgsym），以便?perf?解析內核函數名。
• 臨時允許非特權用戶使用性能監控（可選）：

sudo sysctl kernel.perf_event_paranoid=-1

二、核心功能與子命令?

子命令	功能描述
perf stat	統計程序運行的硬件事件（如緩存命中率）
perf record	記錄性能數據（生成?.data?文件）
perf report	分析?record?生成的數據
perf top	實時監控系統或進程的性能熱點
perf trace	跟蹤系統調用（類似?strace）
perf probe	動態添加內核或用戶空間探針

三、常用場景與實戰示例?

?1. 統計程序性能事件

# 統計命令執行期間的 CPU 周期、緩存命中等
perf stat -e cycles,cache-misses,branch-misses ./my_program

輸出示例：

 Performance counter stats for './my_program':2,356,789      cycles                    # 3.801 GHz45,678      cache-misses              # 2.123 % of all cache refs12,345      branch-misses             # 0.56% of all branches0.001234567 seconds time elapsed

?2. 采樣 CPU 熱點函數

# 記錄進程的 CPU 使用（采樣頻率 99Hz）
perf record -F 99 -g -- ./my_program  # -g 記錄調用棧
perf report --stdio                   # 文本報告
perf report --gui=gtk                 # 圖形化分析（需安裝 gtk 支持）

輸出解讀?：

• ?Overhead?：函數占用的 CPU 時間比例。
• ?Command?：進程名。
• ?Shared Object?：所屬動態庫或可執行文件。

?3. 生成火焰圖（Flame Graph）

# 1. 記錄性能數據
perf record -F 99 -g -- ./my_program
# 2. 生成折疊堆棧
perf script > out.perf
stackcollapse-perf.pl out.perf > out.folded
# 3. 生成火焰圖
flamegraph.pl out.folded > flamegraph.svg

火焰圖直觀展示函數調用棧的 CPU 占用分布，橫向寬度表示耗時比例。

?4. 跟蹤系統調用

# 類似 strace，但性能更高（記錄所有線程）
perf trace -e 'syscalls:sys_enter_*' ./my_program

過濾特定系統調用：

perf trace -e 'syscalls:sys_enter_open,syscalls:sys_enter_read'

?5. 動態添加探針

# 在內核函數 add_to_page_cache_lru 添加探針
perf probe --add add_to_page_cache_lru
# 跟蹤探針事件
perf record -e probe:add_to_page_cache_lru -a

四、高級功能?

1. ?硬件性能計數器?
   使用?perf list?查看支持的事件（如?instructions、branch-misses）：

perf stat -e instructions,L1-dcache-load-misses ./my_program

?? ? 2.?用戶空間靜態探針?
在代碼中插入靜態探針（需編譯時支持）：

#include <sys/sdt.h>
int main() {DTRACE_PROBE("myapp", "operation_start");  // 探針點// ...
}

跟蹤探針：

perf buildid-cache --add ./my_program  # 注冊程序
perf probe --exec=./my_program --add 'myapp:operation_start'
perf record -e 'probe_myapp:*' ./my_program

五、注意事項?

1. ?權限要求?
   • 部分功能（如硬件計數器）需要?root?權限或?CAP_PERFMON?能力。
2. ?性能開銷?
   • perf record?高頻采樣可能導致目標程序變慢，生產環境慎用。
3. ?符號解析?
   • 若函數名顯示為十六進制地址，需安裝調試符號（如?-dbgsym?包）。

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?六、與其他工具對比?

工具	特點	適用場景
perf	內核級支持，硬件級性能分析	CPU/內存瓶頸、調用鏈分析
strace	系統調用跟蹤	文件/網絡操作調試
gdb	源碼級調試	程序崩潰、邏輯錯誤

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掌握?perf?可快速定位性能問題，尤其在高并發、低延遲場景中作用顯著。結合火焰圖和動態探針，能實現從宏觀到微觀的全方位分析。