用google-perftool分析程序的內存/CPU使用

  最近，用到了google-perftool分析程序的內存和CPU的使用狀況，總結一下使用的一些方法和體會，分享給有須要的朋友。首先，說說google-perftool，它是由google開發的用來分析C/C++程序性能的一套工具，這裏的性能分析主要包括內存和CPU兩個方面，內存分析使用google-perftool所提供的tcmalloc，CPU分析使用它所提供的profiler。下面先分別介紹一下tcmalloc和profiler，而後再給出一些使用的例子，及一些使用時的注意事項。

1. tcmalloc

      tcmalloc的全稱是thread cache malloc，顧名思義，它是帶有thread cache的內存管理工具，具體的實現細節這裏不作過多的介紹，感興趣的朋友能夠參考google官方提供的文檔，或者閱讀源碼。這裏須要註明一下tcmalloc的一些優勢，和它所提供的一些分析程序內存使用的一些功能。
      tcmalloc的主要優勢有兩個方面，一個是內存allocate/deallocate的速度，一般狀況下它的速度比glibc所提供的malloc要快；另外一個方面是小內存(< =32K)的管理，它的小內存是在thread cache裏面管理的，一方面減小了加鎖的開銷，另外一方面用來表示小內存所用的額外的空間也比較小，比較節省空間。所以，對於多線程下，常常小內存的allocation/deallocation的程序（尤爲多線程下使用STL比較多的程序），能夠嘗試使用一下tcmalloc。
      除了在allocate/deallocate內存時的優化外，tcmalloc還提供了heapcheck和heapprofile的功能。heapcheck主要被用來檢查程序中是否有內存泄露，在哪裏泄露。相信內存泄露這個話題，永遠是讓全部C/C++程序都很是蛋疼的問題，有了tcmalloc的幫助，也許一切會變得簡單一些，會有點事半功倍的效果。tcmalloc另一個功能是heapprofile。先來講一下profile這個詞，它的本意是「描繪…輪廓」，我一直以爲這個詞是一個很偉大的詞，用在sns中，它表示用來描繪用戶的那些特徵、屬性，也有叫用戶畫像的。用在這裏呢，heapprofile，顧名思義，它就是描繪程序的heap輪廓，經過這樣一個過程，咱們就能知道，程序的heap裏在每一時刻都有些啥東東。有了profile的結果，它能夠幫助咱們定位內存泄露，幫助咱們發現一些頻繁allocate內存的地方，以此來作一些優化。
      （關於程序中的heap和stack，不瞭解的朋友，能夠到網上搜一下：程序的地址空間分佈）

2. profiler
      profiler，是由google-perftool所提供的用來作cpu-profile的工具，相信經過上面的介紹，你們對profile這個詞已經再也不陌生。Cpu-profile，它的主要功能就是經過採樣的方式，給程序中cpu的使用狀況進行「畫像」，經過它所輸出的結果，咱們能夠對程序中各個函數耗時狀況一目瞭然。在對程序作性能優化的時候，這個是很重要的，先把最耗時的若干個操做優化好，程序的總體性能提高應該十分明顯，這也是作性能優化的一個最爲基本的原則—先優化最耗時的。

3. 使用舉例

      關於google-perftool的使用，整體上來說有如下三種方式：

• （1）直接調用提供的api：這種方式比較適用於對於程序的某個局部來作分析的狀況，直接在要作分析的局部調用相關的api便可。
• （2）連接靜態庫：這種方式是最爲經常使用的方式，後面會有詳細的介紹。
• （3）連接動態庫：這種方式和靜態庫的方式差很少，但一般不推薦使用，除非使用者不想額外鏈一個靜態庫（由於連接靜態庫會增大binary的大小）的狀況，能夠考慮使用這種方式。

      下面是靜態庫的使用方法：

• （1）Heap Checker:

1 2	gcc [...] -o myprogram -ltcmalloc env HEAPCHECK=normal ./myprogram

• （2）Heap Profiler:

1 2	gcc [...] -o myprogram -ltcmalloc env HEAPPROFILE=./myprogram.hprof ./myprogram

• （3）Cpu Profiler:

1 2	gcc [...] -o myprogram -lprofiler env CPUPROFILE=./myprogram.prof ./myprogram

      經過上面的方法，能夠生成google-perftool原始的輸出結果。另外，google-perftoolg還提供了一個叫pprof的工具，它是一個perl的腳本，經過這個工具，能夠將google-perftool的輸出結果分析得更爲直觀，輸出爲圖片、pdf等格式。

      最後，補充一點，要用google-perftool來分析程序，必須保證程序能正常退出。因此，這裏也想多說幾句，我我的以爲，好的C/C++程序員，應該作到本身的程序都能優雅退出，這是最基本的要求。這裏所謂的優雅退出，指的是退出的時候把該釋放的資源釋放掉，且保證程序退出時不掛。