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`perf`（Performance analysis tools for Linux）是Linux官方的性能分析器，它存在于內(nèi)核源碼目錄的tools/perf中，原名為L(zhǎng)inux性能計(jì)數(shù)器（Performance Counters for Linux，PCL），現(xiàn)名為L(zhǎng)inux性能事件（Linux Performance Events，LPE）
作為L(zhǎng)inux內(nèi)核自帶的系統(tǒng)性能優(yōu)化工具，`perf`憑借其強(qiáng)大的功能和與內(nèi)核的緊密結(jié)合，成為了開(kāi)發(fā)者們不可或缺的利器
一、perf的安裝與基礎(chǔ)使用 在大多數(shù)Linux發(fā)行版中，`perf`是內(nèi)核的一部分，但需要通過(guò)軟件包管理器進(jìn)行安裝
安裝命令因發(fā)行版的不同而有所差異： Debian/Ubuntu： bash sudo apt update sudo apt install linux-tools-common linux-tools-$(uname -r) Fedora/RHEL/CentOS： bash sudo dnf install perf Arch Linux： bash sudo pacman -S perf 安裝完成后，可以通過(guò)運(yùn)行`perf --version`來(lái)確認(rèn)`perf`是否安裝成功
`perf`提供了許多子命令，每個(gè)子命令都專(zhuān)注于特定的性能分析任務(wù)
以下是一些常見(jiàn)的用法： 1.分析CPU使用情況（perf stat）： `perf stat`用于統(tǒng)計(jì)一個(gè)命令的執(zhí)行過(guò)程中，硬件和軟件事件發(fā)生的次數(shù)
例如，可以用它來(lái)查看程序執(zhí)行期間的CPU周期、指令、緩存訪問(wèn)等硬件計(jì)數(shù)
bash perf stat ls 輸出將包括程序執(zhí)行期間的事件統(tǒng)計(jì)信息，如CPU周期、指令數(shù)、緩存未命中次數(shù)和分支未命中次數(shù)等
2.查看程序的熱點(diǎn)函數(shù)（perf record和`perf report`）： `perf record`用于記錄程序的性能數(shù)據(jù)，特別是CPU性能數(shù)據(jù)（如函數(shù)的執(zhí)行頻率）
`perf report`則用于分析這些數(shù)據(jù)，查看程序的熱點(diǎn)函數(shù)
bash perf record ./my_program perf report 這將記錄`my_program`的執(zhí)行數(shù)據(jù)，并生成一個(gè)`perf.data`文件
然后，`perfreport`會(huì)打開(kāi)一個(gè)文本用戶(hù)界面（TUI），顯示執(zhí)行數(shù)據(jù)的分析報(bào)告，包括各個(gè)函數(shù)的執(zhí)行頻率（如CPU周期占比），幫助識(shí)別程序的熱點(diǎn)函數(shù)
3.分析系統(tǒng)上的所有進(jìn)程（perf top）： `perf top`類(lèi)似于`top`，但它分析的是系統(tǒng)上所有進(jìn)程的實(shí)時(shí)性能數(shù)據(jù)，顯示當(dāng)前占用CPU最多的函數(shù)或事件
這有助于了解哪些程序或函數(shù)正在消耗最多的系統(tǒng)資源
4.跟蹤系統(tǒng)調(diào)用（perf trace）： `perf trace`是一個(gè)類(lèi)似于`strace`的工具，它可以跟蹤進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用并統(tǒng)計(jì)其頻率和開(kāi)銷(xiāo)
例如，跟蹤`ls`命令的系統(tǒng)調(diào)用： bash perf trace ls 輸出將顯示`ls`過(guò)程中發(fā)生的所有系統(tǒng)調(diào)用及其耗時(shí)
5.分析內(nèi)核事件（perf sched）： `perf sched`可以用來(lái)分析內(nèi)核中的調(diào)度事件，了解進(jìn)程的調(diào)度行為，分析系統(tǒng)中是否存在調(diào)度延遲等問(wèn)題
二、perf的高級(jí)用法與性能調(diào)優(yōu) 除了基本用法外，`perf`還支持許多高級(jí)功能，這些功能在性能調(diào)優(yōu)中尤為重要
1.采樣指定硬件事件： `perf`可以專(zhuān)門(mén)采樣某些硬件事件（例如緩存未命中、分支預(yù)測(cè)失敗等），從而針對(duì)性地分析程序的性能問(wèn)題
例如，記錄程序的緩存未命中情況： bash perf record -e cache-misses ./my_program 這將記錄程序執(zhí)行期間的緩存未命中次數(shù)，有助于分析緩存性能問(wèn)題
2.對(duì)指定PID進(jìn)行性能分析： 如果想對(duì)正在運(yùn)行的某個(gè)進(jìn)程進(jìn)行性能分析，可以使用`-p`選項(xiàng)指定進(jìn)程ID
這對(duì)分析后臺(tái)運(yùn)行的進(jìn)程非常有用
bash
perf record -p 例如：
bash
perf sched record
perf sched latency
通過(guò)分析調(diào)度延遲，可以找出導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)度不均衡的原因
4.程序性能瓶頸分析：
在發(fā)現(xiàn)一個(gè)程序的執(zhí)行時(shí)間比預(yù)期長(zhǎng)時(shí)，可以使用`perfrecord`和`perf report`來(lái)分析程序的性能瓶頸 通過(guò)分析函數(shù)的CPU使用情況，找出最耗時(shí)的部分，進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化
5.CPU資源爭(zhēng)用分析：
當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載較高時(shí)，可以使用`perftop`查看哪些進(jìn)程或者函數(shù)占用了最多的CPU資源 這有助于定位系統(tǒng)性能瓶頸，分析高CPU占用的原因
三、perf的優(yōu)勢(shì)與局限性
`perf`作為L(zhǎng)inux內(nèi)核自帶的性能分析工具，具有顯著的優(yōu)勢(shì)：
- 性能消耗小：perf在采樣和分析過(guò)程中，對(duì)系統(tǒng)性能的影響較小，能夠確保分析的準(zhǔn)確性
- 生成文件小：perf生成的性能數(shù)據(jù)文件相對(duì)較小，便于存儲(chǔ)和傳輸
- report速度快：perf的分析報(bào)告生成速度快，能夠迅速提供性能問(wèn)題的關(guān)鍵信息
- 與內(nèi)核緊密結(jié)合：perf能夠最先應(yīng)用到加入內(nèi)核的新特性，確保與內(nèi)核的兼容性
然而，`perf`也存在一些局限性：
- 不遵守X86 Calling Convention的函數(shù)無(wú)法獲取堆棧信息：對(duì)于某些特定的函數(shù)，perf可能無(wú)法獲取完整的堆棧信息
- 內(nèi)聯(lián)函數(shù)無(wú)法獲取堆棧信息：對(duì)于內(nèi)聯(lián)函數(shù)，`perf`同樣可能無(wú)法獲取堆棧信息，這會(huì)影響分析的準(zhǔn)確性
- 需要處理器支持：perf的某些功能需要處理器的支持，如果處理器不支持，則無(wú)法使用這些功能
此外，在使用`perf`時(shí)，還需要注意一些常見(jiàn)問(wèn)題 例如，非root用戶(hù)運(yùn)行`perf`時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)內(nèi)存映射頁(yè)面大小超過(guò)系統(tǒng)限制的問(wèn)題 此時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整`/proc/sys/kernel/perf_event_mlock_kb`的值來(lái)解決
四、總結(jié)
`perf`是Linux內(nèi)核中強(qiáng)大的性能分析工具，能夠?qū)PU事件、系統(tǒng)調(diào)用、線程調(diào)度、硬件計(jì)數(shù)器等多種系統(tǒng)層面進(jìn)行全面的性能分析 通過(guò)掌握`perf`的基本用法和高
