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基本介紹

Perf（Performance Counters for Linux，性能計數器子系統）是一個Linux性能分析工具，用于分析系統和應用程序的運行時性能。這個工具位于 Linux 內核源代碼樹中，具體位置在 tools/perf 目錄下。雖然它是一個用戶空間的應用程序，但卻是唯一一個被包含在 Linux 內核源碼中的復雜用戶軟件。

Perf可以幫助開發人員和系統管理員進行函數級和指令級的熱點查找，可以用來分析程序中熱點函數的CPU占用率，了解CPU性能計數器、內核跟蹤點和硬件事件等信息，從而找到性能瓶頸，優化軟件性能并診斷問題。

通過 perf 命令，我們可以獲得系統在運行過程中的各種性能數據，例如 CPU 利用率、內存使用情況、磁盤 I/O 等。perf 可以用于多個方面的性能分析，以下是一些常用的用途：

• CPU 性能分析，通過 perf命令，可以監測 CPU 的使用率、上下文切換次數、緩存命中率等指標，可以幫助開發者找出 CPU 性能瓶頸，優化程序的運行效率。
• 內存性能分析，perf 命令可以監測內存的使用情況，例如內存泄漏、內存碎片等問題，可以幫助開發者優化內存的管理，提高系統的穩定性。
• 函數級別采樣，perf可以對程序進行函數級別的采樣，從而了解程序的性能瓶頸在哪里。其基本原理是每隔一個固定時間，CPU 會產生一個中斷，記錄當前是哪個進程、哪個函數，然后給對應的進程和函數加一個統計值，從而知道 CPU 在某個進程或某個函數上花費了多少時間。

如果系統沒有安裝Perf，安裝方式為：

sudo apt install linux-tools-common linux-tools-generic

查看是否安裝成功:

perf --version
# perf version 5.15.148

權限設置，默認運行perf命令需要sudo權限，可以通過修改/etc/sysctt.conf文件進行設置

sudo vi /etc/sysctl.conf
# add line
kernel.perf_event_paranoid = 0

perf命令使用

命令格式為：

perf <options> subcommand <options/arguments>

perf支持很多subcommand選項，常用的子命令有：

• annotate讀取perf.data，展示帶注釋代碼，實際使用發現展示的匯編代碼

sudo perf annotate -f# Percent│       xor    %r15d,%r15d
#        │       lea    0x9(%rsp),%rbp
#        │       testb  $0x3,0x90(%rsp)
#        │     ↓ je     96
#        │       swapgs
#        │       nop
#        │       xchg   %ax,%ax
#        │       mov    %cr3,%rax
#        │       bts    $0x3f,%rax
#        │       and    $0xffffffffffffe7ff,%rax
#        │       mov    %rax,%cr3
#        │       xchg   %ax,%ax
#        │       mov    $0x48,%ecx

• list，展示perf命令可以用來評估程序性能的事件

sudo perf list -h# Usage: perf list [<options>] [hw|sw|cache|tracepoint|pmu|sdt|metric|metricgroup|event_glob]

通過上面的命令可以查看事件類型，hw是hardware硬件相關事件，PMU是Performance Monitoring Unit相關事件等

• record，記錄程序運行時的數據

sudo perf record -e cpu-clock -aR sleep 10# [ perf record: Woken up 1 times to write data ]
# [ perf record: Captured and wrote 0.002 MB perf.data (~150 samples) ]

• report，展示perf命令記錄的數據

sudo perf report -i perf.data

• stat查看具體某個事件相關的統計結果

sudo perf stat -e cpu-clock -aR sleep 10#  Performance counter stats for 'sleep 10':#               1.13 msec cpu-clock                 #    0.000 CPUs utilized          #       10.002228914 seconds time elapsed#        0.001793000 seconds user
#        0.000000000 seconds sys

stat和record子命令的主要區別是record會將結果保存到perf.data文件中，而stat是直接展示結果。

• top是直接展示整個系統的CPU內存等使用情況
• script讀取perf.data數據，并展示跡輸出trace out

子命令	作用
annotate	匯編代碼及注釋
list	查看所有事件
stat	查看某事件相關的性能數據
record	錄制某事件相關的性能數據，并保存perf.data文件
report	加載perf.data文件
top	系統相關的性能數據
script	perf.data相關的trace out

使用perf命令追蹤一個正在運行的進程:

sudo perf stat --pid <pid>

reference

1.https://phoenixnap.com/kb/linux-perf#:~:text=The%20Linux%20perf%20tool%20is,and%20analyzing%20CPU%20event%20data.
2.https://cloud.tencent.com/developer/article/2228048