Linux性能分析工具的安装和使用

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为了分析程序的性能，找出系统性能瓶颈点，有必要用相应的性能分析工具对系统的性能进分析。Linux上常用的性能分析工具有gprof和oprofile。

•   Gprof一般用于对用户态的程序进行简单分析

•   Oprofile 功能较强大适合于对复杂系统的分析

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1.Gprof的安装与使用

gprof是gnu binutils工具之一，默认情况下linux系统当中都带有这个工具。

1)        源码的编译

为了能使用gprof来对代码进行分析，编译代码时必须添加-pg选项。如编译hello.c  gcc –g –pg –o hello hello.c

2)        运行hello，在当前目录下会产生gmon.out文件

3)        结果分析一般有三种方式

a)        gprof hello gmon.out -p 得到每个函数占用的执行时间

b)        gprof hello gmon.out -q 得到call graph，包含了每个函数的调用关系，调用次数，执行时间等信息。

c)        gprof hello gmon.out -A 得到一个带注释的“源代码清单”，它会注释源码，指出每个函数的执行次数。这需要在编译的时候增加 -g选项。

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2.       Oprofile安装及使用

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Oprofile也是一个开源的profiling工具，它使用硬件调试寄存器来统计信息，进行profiling的开销比较小，而且可以对内核进行profiling。它统计的信息非常的多，可以得到cache的缺失率，memory的访存信息，分支预测错误率等等，这些信息 gprof是得不到的，但是对于函数调用次数，它是不能够得到的。

Oprofile 是用于 Linux 的若干种评测和性能监控工具中的一种。它可以工作在不同的体系结构上，包括 IA32, IA64 和 AMD Athlon 系列。它的开销小，将被包含在（Linux）2.6 版的内核中。

Oprofile可以帮助用户识别诸如循环的展开、高速缓存的使用率低、低效的类型转换和冗余操作、错误预测转移等问题。它收集有关处理器事件的信息，其中包括TLB的故障、停机、存储器访问、位于 DCU（数据高速缓存单元）中的总线路数、一个 DCU 故障的周期数，以及不可高速缓存的和可高速缓存的指令的获取数量。Oprofile是一种细粒度的工具，可以为指令集或者为函数、系统调用或中断处理例程收集采样。Oprofile 通过取样来工作。使用收集到的评测数据，用户可以很容易地找出性能问题。

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Oprofile的运行需要一个内核态module和一个用户态的daemon程序。对于Linux2.6.x的内核已经集成了该module。

在安装oprofile之前，通过命令：

cat /boot/config-`uname -r` | grep OPROFILE

查看内核包含了oprofile模块，如果出现

CONFIG_HAVE_OPROFILE=y
CONFIG_OPROFILE=m

这表示打开了OPROFILE，而且oprofile被编译成了一个module

CONFIG_HAVE_OPROFILE=y
CONFIG_OPROFILE=m

表示支持OPROFILE，而且oprofile被编译进了内核

如果系统已经打开了oprofile，则不需要重新编译内核

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1.1   Oprofile的安装

1)        下载oprofile软件包，并用tar解压

2)        ./configure --with-linux=/usr/src/linux/ --with-qt-dir=/usr/lib/qt/  --with-kernel-support

3)        make4)        make install

 

oprofile 安装完成后会生成以下工具集：

 

/usr/bin/oprofiled 守护进程

/usr/bin/opcontrol 控制前端，负责控制与用户交互，用得最多

/usr/bin/opannotate 根据搜集到的数据，在源码或者汇编层面上注释并呈现给用户

/usr/bin/opreport 生成二进制镜像或符号的概览

/usr/bin/ophelp 列出 oprofile 支持的事件

/usr/bin/opgprof 生成 gprof 格式的剖析数据

 

opstack ： 产生调用图 profile ，但要求 x86/2.6 的平台，并且 linux2.6 安装了 call-graph patch

oparchive ： 将所有的原始数据文件收集打包，可以到另一台机器上进行分析。

op_import ： 将采样的数据库文件从另一种 abi 转化成本地格式。

当然，以现在最方便的用法；apt-get 来安装Oprofile；在此之前是可以先查看一下电脑上是否已经有安装包apt-cache search oprofile 找到直接apt-get 就OK了！！

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1.1   Oprofile使用

1)        初始化

Sudo opcontrol --init

该命令会加载 oprofile.ko 模块， mount oprofilefs 成功后会在 /dev/oprofile/ 目录下导出些文件和目录如： cpu_type, dump, enable, pointer_size, stats

2)        event配置

1.配置 OProfile 是否应该监视内核以及对计数事件和样本计数值的设置，计数的 CPU 模式（用户态、核心态）是系统默认项；

如果 oprofile 监视评测内核自身：

opcontrol –vmlinux=/src/urc/linux-source-2.6.27/vmlinux

如果 oprofile 不用监视评测内核：

/**一般情况下可以直接使用如下设置无需特殊处理**/

opcontrol --no-vmlinux 

在此体系结构 Family10h 中默认的配置为：

/*选择默认即可*/

opcontrol –event=CPU_CLK_UNHALTED:100000

如果配置守护进程写入文件的方式，用以下命令：

opcontrol --separate=

可以是以下之一：

none — 不要分离档案（默认）

library — 为库生成每个应用程序的档案

kernel — 为内核和内核模块生成每个应用程序的档案

all — 为库生成每个应用程序的档案，为内核和内核模块生成每个应用程序的档案

注意问题：

（ 1 ） oprofile 可以在此进行事件设置；

通过 opcontrol --list-events 命令可以查看此结构中支持的事件；

通过

Opcontrol    --event=L2_CACHE_MISS:500 --event=L1_DTLB_MISS_AND_L2_DTLB_HIT:500

--event=......... 命令来进行事件的设置；

此命令 --event 参数必须依次给出，无论有多少个不可分行

通过 opcontrol –status 命令可以查看自己已经配置的事件；

（ 2 ）对于每一次测试过程中，如果需要进行事件的重新设置，就必须重启 daemon, 它是

一个守护进程。也就是说，收集数据完成后，要用 --shutdown 命令来停止 daemon, 而不是 －－ stop( 此命令只是停止 profiling) ，这样再次进行— start 命令就可以使用新的事件设置；

（ 3 ）一次评测结束后，旧的 profiling data 还是存在的，用— reset 或者— save 命令来清理或者保存数据；

3)        启动

opcontrol --start

4)        运行待分析之程序 

5)        取出数据

opcontrol –dump

数据被写进 /var/lib/oprofile/samples /oprofiled.log

6)        停止评测

opcontrol --stop

1.2   Oprofile结果分析

Oprofile结果分析有四种命令即opreport, opstack, opgprof, opannotate，其中常用的是opreport和opannotate:

1)        Opreport使用

Opreport –l ./XXX 

Oprofile –l –r ./xxx

2)        Opannotate使用

opannotate --source --output-dir=annotated /…/xxx3)   Opgprof使用Opgprof /XXX 生成gprof格式的数据，当前目录下产生文件gmou.outGprof /XXX gmou.out>text.txt 生成txt格式的文

1)        Oprofile编译时出现的问题

在编译过程中，这一步出现的问题是：（1）缺少libiberty.h头文件;（2）缺少popt；

            libiberty.h头文件在binutils-devel package中，需要下载这个包进行安装；也可通过新立德进行安装。可以用sudo apt-get install binutil-dev  进行包安装。

Popt存在libpopt-devel package中，同样需要进行下载安装；

sudo apt-get install libpopt-dev

在以上的使用中特殊注意在opreport -l ./XXX 是XXX的路径问题；如果程序是用Makefile编译出来的那么在
make之后生成XXX可执行文件，不能在make install之后对sbin下生成的可执行文件XXX进行性能测试；因为
在程序执行Make install的时候make install中有个脚本会掉strips会将程序编译过程中生成的文件symbol
列表清除而后将执行文件XXX拷贝到sbin/下；这样在用oprofile去测试性能时，会提示如下错误：

warning: [vdso] (tgid:15133 range:0xb7752000-0xb7753000) could not be found.
CPU: Core 2, speed 1200 MHz (estimated)
Counted CPU_CLK_UNHALTED events (Clock cycles when not halted) with a unit mask of 0x00 (Unhalted core cycles) count 100000
samples  %        image name               symbol name
-------------------------------------------------------------------------------
2        100.000  [vdso] (tgid:15133 range:0xb7752000-0xb7753000) (no symbols)
2        100.000  [vdso] (tgid:15133 range:0xb7752000-0xb7753000) (no symbols) [self]
-------------------------------------------------------------------------------

出现该问题就是因为symbol已经被删除所以出现错误而没办法用，至此我们应该选择make 程序的当前目录下生成的XXX可执行文件，这样只要在使用的过程中细心就没有什么问题了。