Perf- Linux的性能監控和分析工具

在計算機性能方面，我們指的是資源與在一定時間內完成的任務之間的關係。

在公司之間激烈競爭的今天，我們要學會如何充分利用我們所擁有的資源。浪費硬件或軟件資源，或者不知道如何更有效地使用它們，將導致我們無法承受的損失，這對我們想要保持競爭力是不能接受的。

同時，我們必須小心，不要將我們的資源推向一個持續使用將導致無法彌補的損壞的極限。

在本文中，我們將向您介紹一種相對較新的性能分析工具，並提供一些監控Linux系統（包括硬件和應用程序）的技巧。這將幫助您確保它們運行良好，從而能夠產生所需的結果，而不浪費資源或自己的精力。

Linux提供了一個性能監控和分析工具，方便地稱為perf。那麼，perf與您已經熟悉的其他知名工具有何不同呢？

答案是perf可以訪問CPU中的性能監控單元，從而讓我們可以仔細觀察硬件及其相關事件的行為。

您可以在基于RPM的发行版中安装perf，方法如下：

# yum update && yum install perf     [CentOS / RHEL / Fedora]
# dnf update && dnf install perf     [Fedora 23+ releases]

在Debian及其衍生版本中：

# sudo aptitude update && sudo aptitude install linux-tools-$(uname -r) linux-tools-generic

如果上述命令中的uname -r返回除实际版本外的额外字符串（在我的情况下是3.2.0-23-generic），您可能需要键入linux-tools-3.2.0-23，而不是使用uname的输出。

还需注意，当在VirtualBox或VMWare的虚拟机中运行时，perf会产生不完整的结果，因为它们不允许访问硬件计数器，而其他虚拟化技术（如KVM或XEN）可以。

此外，请记住，默认情况下某些perf命令可能受到root用户的限制，可以通过以下方式禁用（直到系统重新启动）：

# echo 0 > /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid

如果您需要永久禁用偏执模式，請更新/etc/sysctl.conf文件中的以下設置。

kernel.perf_event_paranoid = 0

安裝了perf之後，您可以參考它的手冊以獲取可用子命令的列表（您可以將子命令視為打開系統特定窗口的特殊選項）。為了獲得最佳和更完整的結果，請以root或通過sudo使用perf。

顯示Linux中預定義軟件事件的列表：

# perf list sw

perf stat運行一個命令，並在執行該命令期間收集Linux性能統計。當我們運行dd時，系統上會發生什麼？

# perf stat dd if=/dev/zero of=test.iso bs=10M count=1

上面顯示的統計數據表明，包括：

執行dd命令耗費了21.812281毫秒的CPU。如果我們將此數字除以下面的“經過的秒數”值（23.914596毫秒），則得到0.912（CPU利用率）。
當執行該指令時，15次上下文切換（也稱為進程切換）表示CPU從一個進程（或線程）切換到另一個進程15次。
2個CPU遷移是在2核CPU中工作負載均勻分佈在核心數量時的預期結果。
在此期間（21.812281毫秒），消耗的CPU周期總數為62,025,623，除以0.021812281秒得到2.843 GHz。
如果將週期數除以總指令數，得到4.9個每指令週期，這意味著每條指令平均需要近5個CPU週期才能完成。這在一定程度上可以歸咎於分支和分支錯失的數量（見下文），這些都會浪費或誤用CPU週期。
當執行該指令時，共遇到3,552,630個分支。這是代碼中決策點和循環的CPU級表示。分支越多，性能越低。為彌補這一點，所有現代CPU都試圖預測代碼流程將採取的路徑。51,348個分支錯失表明預測功能錯誤率為1.45%。

相同的原則適用於在應用程序運行時收集統計信息（或者換句話說，進行分析）。只需啟動所需的應用程序，在合理的時間內（由您決定）關閉它，perf將在屏幕上顯示統計信息。通過分析這些統計信息，您可以識別潛在問題。

perf top與top命令類似，它顯示幾乎是實時的系統概要（也稱為實時分析）。

使用-a選項將顯示所有已知的事件類型，而-e選項將允許您選擇特定的事件類別（由perf list返回）：

將顯示所有循環事件。

perf top -a

將顯示所有與cpu時鐘相關的事件。

perf top -e cpu-clock

上面輸出的第一列表示自運行開始以來採樣的百分比，按函數符號和共享對象分組。在man perf-top中有更多選項。

perf record運行一個命令並將統計數據保存到名為perf.data的文件中，該文件位於當前工作目錄中。它運行方式類似於perf stat。

輸入perf record，然後輸入一個命令：

# perf record dd if=/dev/null of=test.iso bs=10M count=1

perf report將上述perf.data中收集的數據格式化為性能報告：

# sudo perf report

上述子命令都有專用的man頁面，可以通過調用：

# man perf-subcommand

subcommand 可以是 list, stat, top, record, 或 report。這些是最常用的子命令；其他子命令列在文件中（請參考摘要部分的鏈接）。

在本指南中，我們向您介紹了 perf，這是一個用於 Linux 的性能監控和分析工具。我們強烈建議您熟悉其文檔，該文檔維護在 https://perf.wiki.kernel.org。

如果您發現某些應用程序消耗了大量資源，您可以考慮修改源代碼，或使用其他替代方案。

如果您對本文有疑問或改進建議，我們樂意聽取。請隨時使用下面的評論表格與我們聯繫。

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