性能測試工具VTune的功能和用法介紹

1. VTune介紹
VTune可視化性能分析器（Intel VTune Performance Analyzer）是一個用於分析和優化程序性能的工具，做爲Intel爲開發者提供的專門針對尋找軟硬件性能瓶頸的一款分析工具，它能肯定程序的熱點（hotspot），找到致使性能不理想的緣由，從而讓開發者據此對程序進行優化。
VTune性能分析器能經過如下的手段發現和定位程序中的性能問題：
    從當前系統中收集性能數據；
    從系統到源代碼不一樣的層次上，以不一樣的互動形式來組織和展現數據；
    發現潛在的性能問題，並提出改進措施。

2. VTune的下載和安裝
VTune的下載和安裝比較繁瑣，下面簡單介紹VTune軟件的下載過程和在Linux環境下的安裝過程。
2.1    VTune的下載
VTune的正式版的價格很貴，能夠選擇下載試用版——下載連接。下載試用版本須要註冊帳號，能夠得到31天的免費試用。註冊完成以後，註冊郵箱裏會收到一封郵件，其中包含軟件的下載連接和註冊碼。
點擊郵箱裏的下載連接，選擇「Linux系統產品」並選擇本身想要下載的軟件版本號，本文檔以「vtune_amplifier_xe_2013_update17.tar.gz」軟件版本號爲例。
2.2    VTune的安裝
將下載的軟件安裝包移動到Linux系統上，解壓安裝包：
tar zxvf vtune_amplifier_xe_2013_update17.tar.gz
進入解壓後的文件夾，執行「install.sh」腳本，所有按照默認設置，根據安裝嚮導安裝便可。
安裝完成後，須要先執行VTune安裝成功後獲得的文件：
source /home/…/intel/vtune_amplifier_xe_2017.1.0.486011/amplxe-vars.sh
如圖 2.1所示，使用「amplxe-gui」命令啓動VTune軟件。
        
                                                     圖 2.1  VTune啓動命令
3. VTune的使用
在Linux環境中，啓動VTune性能分析器，如圖 3.1所示，點擊新建工程按鈕，新建一個性能分析工程。
                                     
                                                         圖 3.1  新建工程
如圖 3.2所示，選擇要分析的目標文件，並填寫分析的文件的執行參數。
                     
                                                          圖 3.2  目標文件選擇
如圖 3.3所示，選中目標工程，右擊，能夠新建目標文件的分析類型。
                      
                                                            圖 3.3  新建分析類型
如圖 3.4所示，英特爾VTune性能分析器，能夠分析的性能類型有：「Algorithm Analysis」、「Microarchitecture Analysis」、「Knights Corner Platform Analysis」和「Custom Analysis」四大類。
                                                   
                                                         圖 3.4  VTune分析類型
如圖 3.5所示，「Algorithm Analysis（算法分析）」是運用最普遍的分析類型。它包含「Basic Hotspots（基礎熱點）」、「Advanced Hotspots（高級熱點）」、「Concurrency（併發）」和「Locks and Waits（資源鎖和等待）」四種子分析類型。下面詳細介紹「Basic Hotspots（基礎熱點）」的使用。
                                                     
                                                          圖 3.5  算法分析子類

4. （Basic Hotspots）基礎性能熱點分析
如圖 4.1所示，按照第3章節，選擇要分析的目標程序，選擇算法分析裏的基礎性能熱點分析。設置CPU的採樣間隔時間，點擊右上角的「Start」按鈕開始分析目標程序。
                  
                                               圖 4.1  基礎性能分析的創建（Basic Hotspots）
如圖 4.2所示，點擊開始分析數據後，VTune就開始運行目標程序，並收集相關的性能數據，當收集完成以後，須要手動中止數據的收集。
           
                                                  圖 4.2  中止收集數據（Basic Hotspots）
如圖 4.3所示，中止數據分析後，能夠得到8類數據，分別爲「Analysis Target」、「Analysis Type」、「Collection Log」、「Summary」、「Bottom-up」、「Caller/Callee」、「Top-down Tree」和「Tasks and Frames」。其中「Analysis Target」、「Analysis Type」和「Collection Log」三類數據，不作過多分析。主要分析其餘幾類數據所包含的內容。
            
                                            圖 4.3  收集的數據分類（Basic Hotspots）
4.1    Summary
如圖 4.4所示，Summary主要分析的數據有：「Elapsed Time（通過的總時間）」、「Top Hotspots（高熱點部分）」、「CPU Usage Histogram（CPU使用直方圖）」和「Collection and Platform Info（收集信息和平臺信息）」。
                                            
                                                圖 4.4  Summary的數據展現（Basic Hotspots）
如圖 4.5所示，Elapsed Time信息，主要有總線程數量、開銷時間（花費在同步和線程庫函數的時間）、自旋時間（CPU等待其它同步資源處理的自旋等待時間）、CPU時間（CPU運行程序所花費的總時間）和暫停時間。
                       
                                              圖 4.5  Elapsed Time（Basic Hotspots）
如圖 4.6所示，Top Hotspots信息，會列舉VTune分析的程序裏的活躍度最高（最耗時）的部分，例如：自旋鎖、函數等。
                       
                                                圖 4.6  Top Hotspots（Basic Hotspots）
如圖 4.7所示，CPU Usage Histogram信息，顯示CPU使用直方圖。
                     
                                            圖 4.7  CPU Usage Histogram（Basic Hotspots）
如圖 4.8所示，Collection and Platform Info信息，包含了應用程序命令行、操做系統、CPU等信息。
                          
                                      圖 4.8  Collection and Platform info（Basic Hotspots）
4.2    Bottom-up
如圖 4.9所示，Bottom-up能夠查看函數/模塊/線程調用時間的耗費，主要分析的數據有：進程、線程、模塊、函數和調用的堆棧信息。能夠顯示程序的進程、線程號，函數的開始地址，CPU開銷時間，CPU自旋時間等信息。
                   
                                               圖 4.9  Bottom-up（Basic Hotspots）
4.3    Caller/Callee
如圖 4.10所示，Caller/Callee主要分析的數據有：CPU總利用時間、各個函數自我利用時間、各個函數的自我開銷時間、各個函數的調用者和被調用者等。
                   
                                              圖 4.10  Caller/Callee（Basic Hotspots）
4.4    Top-down Tree
如圖 4.11所示，Top-down Tree是以樹形結構展現每一個調用所花費的時間及佔比，能夠從時間花費最多的地方往下一層一層的展開，找到關鍵函數分析其性能。其分析的內容和Caller/Callee基本相同。
                      
                                                 圖 4.11  Top-down Tree（Basic Hotspots）
4.5    Tasks and Frames
如圖 4.12所示，Tasks and Frames主要以直方圖的形式詳細展現了程序的分析時間、CPU使用時間以及進程和各個線程的運行時間。
                   
                                             圖 4.12  Tasks and Frames（Basic Hotspots）

5. 總結
VTune能夠幫助用戶定位程序中的「熱點」，所謂的「熱點」就是程序中花費執行時間最長的代碼段。VTune性能分析器可以收集應用程序和系統上的性能數據，而後以圖形和表格的形式顯示出來。從這些顯示的數據中，用戶可以分析應用程序的性能，從而知道程序中哪一個部分執行的慢，爲何執行的慢。

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