火焰图

概念

什么是火焰图

火焰图是分层数据的可视化，旨在可视化已分析软件的堆栈跟踪，以便快速准确地识别最频繁的代码路径。

原理

1. 在讲火焰图之前，先说一说perf：

   perf是一款linux内置的基于内核的性能分析工具，perf工具提供了一套丰富的命令来收集和分析性能并跟踪数据。perf可以完成对堆栈跟踪的采样。

   $ sudo perf record -F 99 -p 13204 -g -- sleep 30
   

   上面的代码中，perf record表示记录，-F 99表示每秒99次，-p 13204是进程号，即对哪个进程进行分析，-g表示记录调用栈，sleep 30则是持续30秒。下面是一次的采样结果：

   SpinPause 
   StealTask::do_it 
   GCTaskThread::run 
   java_start 
   start_thread
   

   如果一台服务器有16个 CPU，每秒抽样99次，持续30秒，就得到 47,520 个调用栈，长达几十万甚至上百万行。

   幸运的是，perf不仅可以合并相同的堆栈跟踪样本，还可以合并堆栈跟踪的子集。这以树视图的形式显示，每个代码路径分支的计数或百分比，如图：

   

   但是当前几个最频繁采样的堆栈信息不满足需要时，浏览更多堆栈跟踪将变得异常困难，如图：
   

2. 火焰图本质是通过不断的采样，将收集到的采样结果以图片的方式呈现。火焰图是基于性能分析工具（例如 perf、DTrace）的结果产生的 SVG 图片.

3. 火焰图可以从任何包含堆栈跟踪的配置文件数据生成，包括以下分析工具

   • Linux: perf, eBPF, SystemTap, and ktap
   • Mac OS X: DTrace and Instruments
   • Windows: Xperf.exe3. perf
   • Solaris, illumos, FreeBSD: DTrace

解决了什么问题

火焰图包含以下种类：

• CPU：找出cpu占用高的问题函数；分析代码热路径
• Memory：内存泄漏问题；内存占用高的对象/申请内存多的函数；虚拟内存或物理内存泄漏问题
• Off-CPU：i/o、网络等阻塞场景导致的性能下降；锁竞争、死锁导致的性能下降问题
• Hot/Cold：需要结合cpu占用以及阻塞分析的场景；off-cpu火焰图无法直观判断的场景
• Differential：比较代码变化前后系统性能的差异之处

如何生成火焰图

• perf + 火焰图生成工具（https://github.com/brendangregg/FlameGraph.git）
  

• arthas (profiler 命令)
  

  Docker下使用arthas生成火焰图报错的解决办法：https://www.cnblogs.com/icanwrite/p/15592336.html

如何分析火焰图

1. 火焰图的特点

   • 每个框代表栈里的一个函数。
   • Y轴表示栈深度。顶部的框表示在CPU上执行的函数。下面的都是它的祖先调用者。函数下面的函数即是其父函数。
   • X轴横跨整个取样函数。从左往右代表时间的流逝，其左右顺序没有任何含义（按字母顺序）
   • 框的宽度表示函数在CPU上运行，或者是他的上级函数在CPU上运行的时间。更宽的函数框可能比窄框函数慢，也可能是因为只是很频繁地被调用。
   • 如果是多线程运行，而且抽样是并发的情况，抽样计数可能会超过总时间。

2. 火焰图实例
   

参考资料：

1. https://www.brendangregg.com/flamegraphs.html
2. https://queue.acm.org/detail.cfm?id=2927301
3. http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/09/flame-graph.html
4. 《性能之巅：洞悉系统、企业与云计算》Brendan Gregg