Linux perf 命令

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perf 是 Linux 系统性能分析工具集，全称是 Performance Event Counters。它基于 Linux 内核的 perf_events 子系统，能够提供硬件和软件层面的性能分析能力。

perf 的主要功能包括：

  • CPU 性能分析
  • 函数调用追踪
  • 硬件事件统计
  • 软件事件监控
  • 系统调用跟踪

perf 基本语法

perf 命令的基本语法格式为：

perf [--version] [--help] COMMAND [ARGS]

常用子命令包括：

  • stat：性能计数器统计
  • record：记录性能数据
  • report：分析记录的数据
  • top：实时性能监控
  • list：列出可用事件
  • annotate：源代码级分析

perf 常用子命令详解

perf stat

统计命令执行过程中的各种硬件和软件事件。

perf stat [options] command [command-options]

常用选项：

  • -e：指定要监控的事件
  • -p：监控指定进程ID
  • -a：监控所有CPU
  • -r：重复运行并显示平均值
  • -d：显示更多详细事件

示例：

实例

# 统计 ls 命令的执行情况
perf stat ls

# 监控指定进程
perf stat -p 1234

# 监控特定事件
perf stat -e cycles,instructions,cache-misses ls

perf record

记录性能数据到文件（默认 perf.data）。

perf record [options] command [command-options]

常用选项：

  • -g：记录调用图（call graph）
  • -F：采样频率（Hz）
  • -p：记录指定进程
  • -o：指定输出文件
  • -e：指定要记录的事件

示例：

实例

# 记录 ls 命令的执行情况
perf record ls

# 以99Hz频率记录进程1234
perf record -F 99 -p 1234 -g

perf report

分析 perf record 记录的数据。

perf report [options]

常用选项：

  • -i：指定输入文件
  • -n：显示样本数量
  • --stdio：文本模式输出
  • -g：显示调用图
  • -s：按指定字段排序

示例：

实例

# 分析默认的 perf.data 文件
perf report

# 分析指定文件并以文本模式输出
perf report -i perf.data.old --stdio

perf top

实时显示系统中最消耗资源的函数。

perf top [options]

常用选项：

  • -e：指定监控事件
  • -p：监控指定进程
  • -K：隐藏内核符号
  • -U：隐藏用户空间符号
  • -g：显示调用图

示例：

实例

# 实时监控系统性能
perf top

# 监控特定事件
perf top -e cache-misses

perf list

列出所有可监控的事件。

perf list [hw|sw|cache|tracepoint|pmu|event_glob]

示例：

实例

# 列出所有事件
perf list

# 列出硬件缓存事件
perf list cache

perf 事件类型

perf 可以监控多种类型的事件：

事件类型 描述 示例
Hardware CPU硬件事件 cycles, instructions
Software 内核软件事件 context-switches, page-faults
Cache 缓存相关事件 cache-references, cache-misses
Tracepoints 内核静态跟踪点 syscalls, block, sched
PMU 处理器特定事件 (vendor specific)
Breakpoints 断点事件 mem:[:access]

perf 实际应用示例

1. 分析程序性能瓶颈

实例

# 记录程序执行
perf record -g ./my_program

# 分析结果
perf report -g

2. 查找CPU热点函数

perf top -p $(pidof my_program)

3. 比较两次运行的性能差异

实例

# 第一次运行
perf record -o perf.data.1 ./my_program input1

# 第二次运行
perf record -o perf.data.2 ./my_program input2

# 比较差异
perf diff perf.data.1 perf.data.2

4. 分析系统调用

实例

# 列出可用的系统调用跟踪点
perf list 'syscalls:*'

# 跟踪open系统调用
perf stat -e 'syscalls:sys_enter_open' -a sleep 10

perf 使用技巧

  1. 减少开销：对于长时间运行的性能分析，适当降低采样频率（如 -F 99）

  2. 符号解析：确保调试符号可用，可以通过安装调试包或使用-g编译程序

  3. 火焰图生成：结合FlameGraph工具生成直观的性能分析图

  4. 多核分析：使用 -a 选项监控所有CPU，或使用 -C 指定特定CPU

  5. 用户/内核空间分离：使用 -k 和 -u 选项分别分析内核和用户空间

常见问题解决

  1. 权限问题：

    echo -1 > /proc/sys/kernel/perf_event_paranoid

    或使用sudo运行perf

  2. 缺少符号信息：

    • 确保程序使用-g选项编译
    • 安装调试符号包

  3. 采样数据过大：

    • 减少采样频率
    • 缩短采样时间
    • 使用--no-call-graph减少调用图信息

  4. 无法解析Java/Python等高级语言：

    • 需要特定语言的perf工具支持
    • 考虑使用语言特定的分析工具

进阶学习资源

  1. 官方文档：Linux内核源码中的tools/perf/Documentation目录

  2. 书籍推荐：

    • 《Systems Performance: Enterprise and the Cloud》
    • 《性能之巅：洞悉系统、企业与云计算》

  3. 在线资源：

    • Brendan Gregg的博客和工具集
    • perf-tools工具集

  4. 相关工具：

    • FlameGraph：可视化性能数据
    • bpftrace：更灵活的动态追踪

通过掌握perf命令，你可以深入分析Linux系统的性能特征，快速定位性能瓶颈，优化应用程序和系统配置。

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