Linux perf命令详解及常用参数解析
perf
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perf是Linux下的一款性能分析工具，能够进行函数级与指令级的热点查找。
Perf List
利用perf剖析程序性能时，需要指定当前测试的性能时间。性能事件是指在处理器或操作系统中发生的，可能影响到程序性能的硬件事件或软件事件
Perf top
实时显示系统/进程的性能统计信息
常用参数
-e：指定性能事件
-a：显示在所有CPU上的性能统计信息
-C：显示在指定CPU上的性能统计信息
-p：指定进程PID
-t：指定线程TID
-K：隐藏内核统计信息
-U：隐藏用户空间的统计信息
-s：指定待解析的符号信息
‘‐G’ or‘‐‐call‐graph’ <output_type,min_percent,call_order>
graph: 使用调用树，将每条调用路径进一步折叠。这种显示方式更加直观。
每条调用路径的采样率为绝对值。也就是该条路径占整个采样域的比率。
fractal
默认选项。类似与 graph，但是每条路径前的采样率为相对值。
flat
不折叠各条调用
选项 call_order 用以设定调用图谱的显示顺序，该选项有 2个取值，分别是
callee 与caller。
将该选项设为callee 时，perf按照被调用的顺序显示调用图谱，上层函数被下层函数所调用。
该选项被设为caller 时，按照调用顺序显示调用图谱，即上层函数调用了下层函数路径，也不显示每条调用路径的采样率
注： Perf top需要root权限
Perf stat
分析系统/进程的整体性能概况
task‐clock事件表示目标任务真正占用处理器的时间，单位是毫秒。也称任务执行时间
context-switches是系统发生上下文切换的次数
CPU-migrations是任务从一个处理器迁往另外一个处理器的次数
page-faults是内核发生缺页的次数
cycles是程序消耗的处理器周期数
instructions是指命令执行期间产生的处理器指令数
branches是指程序在执行期间遇到的分支指令数。
branch‐misses是预测错误的分支指令数。
XXX seconds time elapsed系程序持续时间
任务执行时间/任务持续时间大于1，那可以肯定是多核引起的
参数设置：
-e：选择性能事件
-i：禁止子任务继承父任务的性能计数器。
-r：重复执行 n 次目标程序，并给出性能指标在n 次执行中的变化范围。
-n：仅输出目标程序的执行时间，而不开启任何性能计数器。
-a：指定全部cpu
-C：指定某个cpu
-A：将给出每个处理器上相应的信息。
-p：指定待分析的进程id
-t：指定待分析的线程id
Perf record
记录一段时间内系统/进程的性能时间
参数：
-e：选择性能事件
-p：待分析进程的id
-t：待分析线程的id
-a：分析整个系统的性能
-C：只采集指定CPU数据
-c：事件的采样周期
-o：指定输出文件，默认为perf.data
-A：以append的方式写输出文件
-f：以OverWrite的方式写输出文件
-g：记录函数间的调用关系
Perf Report
读取perf record生成的数据文件，并显示分析数据
参数
-i：输入的数据文件
-v：显示每个符号的地址
-d <dos>：只显示指定dos的符号
-C：只显示指定comm的信息（Comm. 触发事件的进程名）
-S：只考虑指定符号
-U：只显示已解析的符号
-g[type,min,order]：显示调用关系，具体等同于perf top命令中的-g
-c：只显示指定cpu采样信息
-M：以指定汇编指令风格显示
–source：以汇编和source的形式进行显示
-p<regex>：用指定正则表达式过滤调用函数
# perf top -e cycles:k #显示内核和模块中，消耗最多CPU周期的函数 # perf top -e kmem:kmem_cache_alloc #显示分配高速缓存最多的函数 # perf top Samples: 1M of event 'cycles', Event count (approx.): 73891391490 5.44% perf [.] 0x0000000000023256 4.86% [kernel] [k] _spin_lock 2.43% [kernel] [k] _spin_lock_bh 2.29% [kernel] [k] _spin_lock_irqsave 1.77% [kernel] [k] __d_lookup 1.55% libc-2.12.so [.] __strcmp_sse42 1.43% nginx [.] ngx_vslprintf 1.37% [kernel] [k] tcp_poll 第一列：符号引发的性能事件的比例，默认指占用的cpu周期比例。 第二列：符号所在的DSO(Dynamic Shared Object)，可以是应用程序、内核、动态链接库、模块。 第三列：DSO的类型。[.]表示此符号属于用户态的ELF文件，包括可执行文件与动态链接库)。[k]表述此符号属于内核或模块。 第四列：符号名。有些符号不能解析为函数名，只能用地址表示。
# perf top -G #得到调用关系图
# perf top -e cycles #指定性能事件
# perf top -p 23015,32476 #查看这两个进程的cpu cycles使用情况
# perf top -s comm,pid,symbol #显示调用symbol的进程名和进程号
# perf top --comms nginx,top #仅显示属于指定进程的符号
# perf top --symbols kfree #仅显示指定的符号
# perf stat ls Performance counter stats for 'ls': 0.653782 task-clock # 0.691 CPUs utilized 0 context-switches # 0.000 K/sec 0 CPU-migrations # 0.000 K/sec 247 page-faults # 0.378 M/sec 1,625,426 cycles # 2.486 GHz 1,050,293 stalled-cycles-frontend # 64.62% frontend cycles idle 838,781 stalled-cycles-backend # 51.60% backend cycles idle 1,055,735 instructions # 0.65 insns per cycle # 0.99 stalled cycles per insn 210,587 branches # 322.106 M/sec 10,809 branch-misses # 5.13% of all branches 0.000945883 seconds time elapsed 输出包括ls的执行时间，以及10个性能事件的统计。 task-clock：任务真正占用的处理器时间，单位为ms。CPUs utilized = task-clock / time elapsed，CPU的占用率。 context-switches：上下文的切换次数。 CPU-migrations：处理器迁移次数。Linux为了维持多个处理器的负载均衡，在特定条件下会将某个任务从一个CPU 迁移到另一个CPU。 page-faults：缺页异常的次数。当应用程序请求的页面尚未建立、请求的页面不在内存中，或者请求的页面虽然在内 存中，但物理地址和虚拟地址的映射关系尚未建立时，都会触发一次缺页异常。另外TLB不命中，页面访问权限不匹配 等情况也会触发缺页异常。 cycles：消耗的处理器周期数。如果把被ls使用的cpu cycles看成是一个处理器的，那么它的主频为2.486GHz。 可以用cycles / task-clock算出。 stalled-cycles-frontend：略过。 stalled-cycles-backend：略过。 instructions：执行了多少条指令。IPC为平均每个cpu cycle执行了多少条指令。 branches：遇到的分支指令数。branch-misses是预测错误的分支指令数。 # perf stat -r 10 ls > /dev/null #执行10次程序，给出标准偏差与期望的比值 # perf stat -v ls > /dev/null #显示更详细的信息 # perf stat -n ls > /dev/null #只显示任务执行时间，不显示性能计数器 # perf stat -a -A ls > /dev/null #单独给出每个CPU上的信息 # perf stat -e syscalls:sys_enter ls #ls命令执行了多少次系统调用
# perf record -p `pgrep -d ',' nginx` #记录nginx进程的性能数据
# perf record ls -g #记录执行ls时的性能数据
# perf record -e syscalls:sys_enter ls #记录执行ls时的系统调用，可以知道哪些系统调用最频繁
# perf lock record ls #记录
# perf lock report #报告
Name acquired contended total wait (ns) max wait (ns) min wait (ns)
&mm->page_table_... 382 0 0 0 0
&mm->page_table_... 72 0 0 0 0
&fs->lock 64 0 0 0 0
dcache_lock 62 0 0 0 0
vfsmount_lock 43 0 0 0 0
&newf->file_lock... 41 0 0 0 0
Name：内核锁的名字。
aquired：该锁被直接获得的次数，因为没有其它内核路径占用该锁，此时不用等待。
contended：该锁等待后获得的次数，此时被其它内核路径占用，需要等待。
total wait：为了获得该锁，总共的等待时间。
max wait：为了获得该锁，最大的等待时间。
min wait：为了获得该锁，最小的等待时间。
# perf kmem record ls #记录
# perf kmem stat --caller --alloc -l 20 #报告
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Callsite | Total_alloc/Per | Total_req/Per | Hit | Ping-pong | Frag
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perf_event_mmap+ec | 311296/8192 | 155952/4104 | 38 | 0 | 49.902%
proc_reg_open+41 | 64/64 | 40/40 | 1 | 0 | 37.500%
__kmalloc_node+4d | 1024/1024 | 664/664 | 1 | 0 | 35.156%
ext3_readdir+5bd | 64/64 | 48/48 | 1 | 0 | 25.000%
load_elf_binary+8ec | 512/512 | 392/392 | 1 | 0 | 23.438%
Callsite：内核代码中调用kmalloc和kfree的地方。
Total_alloc/Per：总共分配的内存大小，平均每次分配的内存大小。
Total_req/Per：总共请求的内存大小，平均每次请求的内存大小。
Hit：调用的次数。
Ping-pong：kmalloc和kfree不被同一个CPU执行时的次数，这会导致cache效率降低。
Frag：碎片所占的百分比，碎片 = 分配的内存 - 请求的内存，这部分是浪费的。
有使用--alloc选项，还会看到Alloc Ptr，即所分配内存的地址。
# perf sched record sleep 10
# perf report latency --sort max
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Task | Runtime ms | Switches | Average delay ms | Maximum delay ms | Maximum delay at |
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events/10:61 | 0.655 ms | 10 | avg: 0.045 ms | max: 0.161 ms | max at: 9804.958730 s
sleep:11156 | 2.263 ms | 4 | avg: 0.052 ms | max: 0.118 ms | max at: 9804.865552 s
edac-poller:1125 | 0.598 ms | 10 | avg: 0.042 ms | max: 0.113 ms | max at: 9804.958698 s
events/2:53 | 0.676 ms | 10 | avg: 0.037 ms | max: 0.102 ms | max at: 9814.751605 s
perf:11155 | 2.109 ms | 1 | avg: 0.068 ms | max: 0.068 ms | max at: 9814.867918 s
TASK：进程名和pid。
Runtime：实际的运行时间。
Switches：进程切换的次数。
Average delay：平均的调度延迟。
Maximum delay：最大的调度延迟。
Maximum delay at：最大调度延迟发生的时刻。
# perf probe --line schedule #前面有行号的可以探测，没有行号的就不行了 # perf report latency --sort max #在schedule函数的12处增加一个探测点
参考资料：http://linux.51yip.com/search/perf
