linux高階工具命令(三)使用gprof和oprofile查詢效能瓶頸

工程師WWW發表於2015-01-27
Linux
有些時候，我們特別關注程式的效能，特別是底層軟體，比如驅動程式，OS等。為了更好的優化程式效能，我們必須找到效能瓶頸點，“好鋼用在刀刃上”才能取得好的效果，否則可能白做工作。為了找到關鍵路徑，我們可以使用profilng技術，在linux平臺上，我們可以使用gprof和oprofile工具。
  • gprof是GNU工具之一，它在編譯的時候在每個函式的出入口加入了profiling的程式碼，執行時統計程式在使用者態的執行資訊，可以得到每個函式的呼叫次數，執行時間，呼叫關係等資訊，簡單易懂。適合於查詢使用者級程式的效能瓶頸，對於很多時間都在核心態執行的程式，gprof不適合。
  • oprofile也是一個開源的profiling工具，它使用硬體除錯暫存器來統計資訊，進行profiling的開銷比較小，而且可以對核心進行profiling。它統計的資訊非常的多，可以得到cache的缺失率，memory的訪存資訊，分支預測錯誤率等等，這些資訊gprof是得不到的，但是對於函式呼叫次數，它是不能夠得到的。。
    簡單來說，gprof簡單，適合於查詢使用者級程式的瓶頸，而oprofile稍顯複雜，但是得到的資訊更多，更適合除錯系統軟體。
    我們以編譯執行hello.c為例，來說明如何使用這兩個工具，這裡不解釋具體結果的含義，要想詳細瞭解每個結果代表什麼意思，可以看一下參考資料中官方站點上的doc資訊，裡面會給你詳盡的解釋。
gprof Quick Start
    gprof是gnu binutils工具之一，預設情況下linux系統當中都帶有這個工具。
  1. 使用 -pg 選項來編譯hello.c，如果要得到帶註釋的原始碼清單，則需要增加 -g 選項。執行： gcc -pg -g -o hello hello.c
  2. 執行應用程式： ./hello  會在當前目錄下產生gmon.out檔案
  3. 使用gprof來分析gmon.out檔案，需要把它和產生它的應用程式關聯起來：
    1. gprof hello gmon.out -p 得到每個函式佔用的執行時間
    2. gprof hello gmon.out -q 得到call graph，包含了每個函式的呼叫關係，呼叫次數，執行時間等資訊。
    3. gprof hello gmon.out -A 得到一個帶註釋的“原始碼清單”，它會註釋原始碼，指出每個函式的執行次數。這需要在編譯的時候增加 -g選項。
oprofile Quick Start
    oprofile是sourceforge上面的一個開源專案，在2.6核心上帶有這個工具，好像只有smp系統才有。比較老的系統，需要自己安裝，重新編譯核心。
    oprofile是一套工具，分別完成不同的事情。
op_help：  列出所有支援的事件。
opcontrol：設定需要收集的事件。
opreport： 對結果進行統計輸出。
opannaotate：產生帶註釋的源/彙編檔案，源語言級的註釋需要編譯原始檔時的支援。
opstack：    產生呼叫圖profile，但要求x86/2.6的平臺，並且linux2.6安裝了call-graph patch
opgprof：    產生如gprof相似的結果。
oparchive：  將所有的原始資料檔案收集打包，可以到另一臺機器上進行分析。
op_import：  將取樣的資料庫檔案從另一種abi轉化成本地格式。
    執行oprofile需要root許可權，因為它要載入profile模組，啟動oprofiled後臺程式等。所以在執行之前，就需要切換到root。
  1. opcontrol --init  載入模組，mout /dev/oprofile 建立必需的檔案和目錄
  2. opcontrol --no-vmlinux 或者 opcontrol --vmlinux=/boot/vmlinux-`uname -r` 決定是否對kernel進行profiling
  3. opcontrol --reset 清楚當前會話中的資料
  4. opcontrol --start 開始profiling
  5. ./hello 執行應用程式，oprofile會對它進行profiling
  6. opcontrol --dump 把收集到的資料寫入檔案
  7. opcontrol --stop 停止profiling
  8. opcotrol -h 關閉守護程式oprofiled
  9. opcontrol --shutdown 停止oprofiled
  10. opcontrol --deinit 解除安裝模組
常用的是3→7這幾個過程，得到效能資料之後，可以使用opreport, opstack, opgprof, opannotate幾個工具進行分析，我常用的是opreport, opannotate進行分析。
  1. opreport使用 http://oprofile.sourceforge.net/doc/opreport.html 
  2. opannotate使用 http://oprofile.sourceforge.net/doc/opannotate.html
  3. opgprof使用 http://oprofile.sourceforge.net/doc/opgprof.html
最常用的是opreport，這個可以給出image和symbols的資訊，比如我想得到每個函式的執行時間佔用比例等資訊，用來發現系統效能瓶頸。opannotate可以對原始碼進行註釋，指出哪個地方佔用時間比較多。常用命令如下：
  • opreport -l /bin/bash --exclude-depand --threshold 1 , 用來發現系統瓶頸。
  • opannotate --source --output-dir=annotated /usr/local/oprofile-pp/bin/oprofiled
  • opannotate --source --base-dirs=/tmp/build/libfoo/ --search-dirs=/home/user/libfoo/ --output-dir=annotated/ /lib/libfoo.so
網路資源
  1. gprof 使用者手冊 http://sourceware.org/binutils/docs-2.17/gprof/index.html 
  2. oprofile官方站點 http://oprofile.sourceforge.net/ 
  3. 使用 GNU profiler 來提高程式碼執行速度 http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-gnuprof.html
  4. 使用 OProfile for Linux on POWER 識別效能瓶頸  http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-pow-oprofile/
 

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