用 CPI 火焰图分析 Linux 性能问题

1. 什么是 CPI ？

本小节讲述为什么使用 CPI 分析程序性能的意义。如果已经非常了解 CPI 对分析程序性能的意义，可以跳过本小节的阅读。

1.1 程序怎么样才能跑得快 ？

理解什么是 CPI，首先让我们思考一个问题：在一个给定的处理器上，如何才能让程序跑得更快呢？

假设程序跑得快慢的标准是程序的执行时间，那么程序执行的快慢，就可以用如下公式来表示：

 程序执行时间 = 程序总指令数 x 每 CPU 时钟周期时间 x 每指令执行所需平均时钟周期数 

因此，要想程序跑得快，即减少程序执行时间，我们就需要在以下三个方面下功夫：

1. 减少程序总指令数

   要减少程序执行的总指令数，可能有以下手段：

   • 算法优化；好的算法设计，可能带来更少的指令执行数
   • 更高效的编译器或者解释器；新的编译器或者解释器，可能对同样的源代码，生成更少的机器码。
   • 用更底层的语言优化；这是为何 Linux 内核代码使用 C 语言，并且还喜欢内联汇编。
   • 更新的处理器指令；新的处理器指令，对处理某类特殊目的运算更有帮助，而新版本编译器最重要的工作就是，在新的处理器上，用最新的高效指令；例如，x86 SSE，AVX 指令。
2. 减少每 CPU 时钟周期时间

   这一点很容易理解，缩短 CPU 时钟周期的时间，实际上就是要提高 CPU 的主频。这正是 Intel 过去占无不胜的法宝之一。今天，由于主频的提高已经到了制造工艺的极限，CPU 时钟周期的时间很难再继续降低了。