使用gprof和oprofile查找性能瓶頸

【轉】有些時候，咱們特別關注程序的性能，特別是底層軟件，好比驅動程序，OS等。爲了更好的優化程序性能，咱們必須找到性能瓶頸點，「好鋼用在刀刃上」才能取得好的效果，不然可能白作工做。爲了找到關鍵路徑，咱們可使用profilng技術，在linux平臺上，咱們可使用gprof和oprofile工具。

• gprof是GNU工具之一，它在編譯的時候在每一個函數的出入口加入了profiling的代碼，運行時統計程序在用戶態的執行信息，能夠獲得每一個函數的調用次數，執行時間，調用關係等信息，簡單易懂。適合於查找用戶級程序的性能瓶頸，對於不少時間都在內核態執行的程序，gprof不適合。
• oprofile也是一個開源的profiling工具，它使用硬件調試寄存器來統計信息，進行profiling的開銷比較小，並且能夠對內核進行profiling。它統計的信息很是的多，能夠獲得cache的缺失率，memory的訪存信息，分支預測錯誤率等等，這些信息gprof是得不到的，可是對於函數調用次數，它是不可以獲得的。。

    簡單來講，gprof簡單，適合於查找用戶級程序的瓶頸，而oprofile稍顯複雜，可是獲得的信息更多，更適合調試系統軟件。
    咱們以編譯運行hello.c爲例，來講明如何使用這兩個工具，這裏不解釋具體結果的含義，要想詳細瞭解每一個結果表明什麼意思，能夠看一下參考資料中官方站點上的doc信息，裏面會給你詳盡的解釋。
gprof Quick Start
    gprof是gnu binutils工具之一，默認狀況下linux系統當中都帶有這個工具。

1. 使用 -pg 選項來編譯hello.c，若是要獲得帶註釋的源碼清單，則須要增長 -g 選項。運行： gcc -pg -g -o hello hello.c
2. 運行應用程序： ./hello  會在當前目錄下產生gmon.out文件
3. 使用gprof來分析gmon.out文件，須要把它和產生它的應用程序關聯起來：
   1. gprof hello gmon.out -p 獲得每一個函數佔用的執行時間
   2. gprof hello gmon.out -q 獲得call graph，包含了每一個函數的調用關係，調用次數，執行時間等信息。
   3. gprof hello gmon.out -A 獲得一個帶註釋的「源代碼清單」，它會註釋源碼，指出每一個函數的執行次數。這須要在編譯的時候增長 -g選項。

oprofile Quick Start
    oprofile是sourceforge上面的一個開源項目，在2.6內核上帶有這個工具，好像只有smp系統纔有。比較老的系統，須要本身安裝，從新編譯內核。
    oprofile是一套工具，分別完成不一樣的事情。

op_help：  列出全部支持的事件。
opcontrol：設置須要收集的事件。
opreport： 對結果進行統計輸出。
opannaotate：產生帶註釋的源/彙編文件，源語言級的註釋須要編譯源文件時的支持。
opstack：    產生調用圖profile，但要求x86/2.6的平臺，而且linux2.6安裝了call-graph patch
opgprof：    產生如gprof類似的結果。
oparchive：  將全部的原始數據文件收集打包，能夠到另外一臺機器上進行分析。
op_import：  將採樣的數據庫文件從另外一種abi轉化成本地格式。

    運行oprofile須要root權限，由於它要加載profile模塊，啓動oprofiled後臺程序等。因此在運行以前，就須要切換到root。

1. opcontrol --init  加載模塊，mout /dev/oprofile 建立必需的文件和目錄
2. opcontrol --no-vmlinux 或者 opcontrol --vmlinux=/boot/vmlinux-`uname -r` 決定是否對kernel進行profiling
3. opcontrol --reset 清除當前會話中的數據
4. opcontrol --start 開始profiling
5. ./hello 運行應用程序，oprofile會對它進行profiling
6. opcontrol --dump 把收集到的數據寫入文件
7. opcontrol --stop 中止profiling
8. opcotrol -h 關閉守護進程oprofiled
9. opcontrol --shutdown 中止oprofiled
   
10. opcontrol --deinit 卸載模塊

經常使用的是3→7這幾個過程，獲得性能數據以後，可使用opreport, opstack, opgprof, opannotate幾個工具進行分析，我經常使用的是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

最經常使用的是opreport，這個能夠給出image和symbols的信息，好比我想獲得每一個函數的執行時間佔用比例等信息，用來發現系統性能瓶頸。opannotate能夠對源碼進行註釋，指出哪一個地方佔用時間比較多。經常使用命令以下：

• 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

網絡資源

1. gprof 用戶手冊 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 來提升代碼運行速度 http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-gnuprof.html
4. 使用 OProfile for Linux on POWER 識別性能瓶頸  http://www-128.ibm.com/developerworks/cn/linux/l-pow-oprofile/