如何讀懂火焰圖?


 Brendan D. Gregg 發明了火焰圖,可以一針見血的指出程序的性能瓶頸,壞消息是除了OpenResty 社區,很少看到還有其他人使用火焰圖。

常見的火焰圖類型有 On-CPUOff-CPU,還有 MemoryHot/ColdDifferential 等等。

整個圖形看起來就像一團跳動的火焰,這也正是其名字的由來。燃燒在火苗尖部的就是 CPU 正在執行的操作,不過需要說明的是顏色是隨機的,本身並沒有特殊的含義,縱向表示調用棧的深度,橫向表示消耗的時間。因為調用棧在橫向會按照字母排序,並且同樣的調用棧會做合並,所以一個格子的寬度越大越說明其可能是瓶頸。綜上所述,主要就是看那些比較寬大的火苗,特別留意那些類似平頂山的火苗。

要生成火焰圖,必須要有一個順手的 Tracer 工具,如果操作系統是 Linux 的話,那么選擇通常是 perfsystemtap 中的一種。其中 perf 相對更常用,多數 Linux 都包含了它,有興趣的讀者稍后可以參考 Linux Profiling at Netflix 中的介紹,尤其是里面關於如何處理 Broken stacks 問題的描述,建議多看幾遍,而 systemtap 相對更強大,不過缺點是你需要先學會它本身的編程語言,如果你和我一樣覺得麻煩,那么我強烈推薦你使用春哥的 nginx-systemtap-toolkit,乍一看名字你可能會誤以為這個工具包是 nginx 專用的,實際上這里面很多工具適用於任何 C/CPP 語言編寫的程序:

那么什么時候使用 On-CPU 火焰圖?什么時候使用 Off-CPU 火焰圖呢?取決於當前的瓶頸到底是什么,如果是 CPU 則使用 On-CPU 火焰圖,如果是 IO 或鎖 則使用 Off-CPU 火焰圖。如果無法確定,那么可以通過壓測工具來確認:通過壓測工具看看能否讓 CPU 使用率趨於飽和,如果能那么使用 On-CPU 火焰圖,如果不管怎么壓,CPU 使用率始終上不來,那么多半說明程序被 IO 或鎖卡住了,此時適合使用 Off-CPU 火焰圖。如果還是確認不了,那么不妨 On-CPU 火焰圖和 Off-CPU 火焰圖都搞搞,正常情況下它們的差異會比較大,如果兩張火焰圖長得差不多,那么通常認為 CPU 被其它進程搶占了。

請按照官方說明來安裝。需要着重說明的是,當你安裝 kernel-devel 和 kernel-debuginfo 的時候,務必保證所安裝的版本和當前內核版本一致,以 CentOS 為例:

shell> yum install yum-utils
shell> yum install kernel-devel
shell> debuginfo-install kernel

當生成的火焰圖中有很多十六進制的亂碼時,那么意味着對應程序缺失了 debuginfo,可以借助 gdb 來確認這一點,方法如下所示:

shell> gdb -p <PID>

好消息是如果缺失了某些 debuginfo,那么 gdb 會在結尾提示你用 debuginfo-install 命令來安裝,壞消息是如果你直接運行多半沒有效果,因為 CentOS 缺省沒有激活對應的倉庫,所以需要在「/etc/yum.repos.d/CentOS-Debuginfo.repo」中設置 enabled=1。

FlameGraph代碼:https://github.com/cobblau/FlameGraph

 使用方法

1,perf record --call-graph dwarf -p 12345

2,perf script | FlameGraph/stackcollapse-perf.pl | FlameGraph/flamegraph.pl > process.svg

 

使用其他工具如何生成火焰圖的方法在FlameGraph的Readme只有詳細的介紹

 

上面圖片中,最頂層的函數g()占用 CPU 時間最多。d()的寬度最大,但是它直接耗用 CPU 的部分很少。b()c()沒有直接消耗 CPU。因此,如果要調查性能問題,首先應該調查g(),其次是i()

另外,從圖中可知a()有兩個分支b()h(),這表明a()里面可能有一個條件語句,而b()分支消耗的 CPU 大大高於h()


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