Linux 性能分析利器 -火焰圖 flame graph

簡述

Perf 命令(performance的簡寫)是 Linux 系統原生提供的性能分析工具，返回 CPU 正在執行的函數名以及調用棧(stack)。

一般，它的執行頻率是 99Hz（每秒99次），若是99次都返回同一個函數名，那就說明 CPU 這一秒鐘都在執行同一個函數，可能存在性能問題。

$ sudo perf record -F 99 -p 13204 -g -- sleep 30

注：perf record表示記錄，-F 99表示每秒99次，-p 13204是進程號，即對哪一個進程進行分析，-g表示記錄調用棧，sleep 30則是持續30秒。

執行以後會產生一個文本文件(perf.data）。爲了便於閱讀，使用 perf record 命令能夠統計每一個調用棧出現的百分比，而後從高到低排列。

$ sudo perf report -n --stdio

火焰圖

火焰圖是基於 perf 結果產生的 SVG 圖片，用來展現 CPU 的調用棧。

1. y 軸表示調用棧，每一層都是一個函數。調用棧越深，火焰就越高，頂部就是正在執行的函數，下方都是它的父函數。
2. x 軸表示抽樣數，若是一個函數在 x 軸佔據的寬度越寬，就表示它被抽到的次數多，即執行的時間長。
3. 注意，x 軸不表明時間，而是全部的調用棧合併後，按字母順序排列的。

火焰圖就是看頂層的哪一個函數佔據的寬度最大。只要有"平頂"（plateaus），就表示該函數可能存在性能問題。

顏色沒有特殊含義，由於火焰圖表示的是 CPU 的繁忙程度，因此通常選擇暖色調。

互動性

火焰圖是 SVG 圖片，能夠與用戶互動。

鼠標懸浮顯示

火焰的每一層都會標註函數名，鼠標懸浮時會顯示完整的函數名、抽樣抽中的次數、佔據總抽樣次數的百分比。

下面是一個例子。

mysqld'JOIN::exec (272,959 samples, 78.34 percent)

點擊查看詳細

在某一層點擊，火焰圖會水平放大，該層會佔據全部寬度，顯示詳細信息。

左上角會同時顯示**"Reset Zoom"**，點擊該連接，圖片就會恢復原樣。

搜索

按下 Ctrl + F 會顯示一個搜索框，用戶能夠輸入關鍵詞或正則表達式，全部符合條件的函數名會高亮顯示。

侷限

在這兩種狀況下，沒法畫出火焰圖，須要修正系統行爲。

1. 調用棧不完整

當調用棧過深時，某些系統只返回前面的一部分（好比前10層）。

2. 函數名缺失

有些函數沒有名字，編譯器只用內存地址來表示（好比匿名函數）。

參考資料

1. 如何讀懂火焰圖？
2. 火焰圖介紹論文
3. 火焰圖官方文檔
4. 火焰圖生成工具