Linux程序性能分析和火焰圖
Linux程序的性能分析工具數量比較多，涉及到整個操作系統的方方面面，可能是開源的原因吧，相對於Windows來說豐富太多。其中應用分析性能方面Dtrace, SystemTap, Perf_events應該算是這方面的集大成者。Dtrace目前只在較高的內核版本有支持，記得是4.8以后， SystemTap則是需要在Red Hat的官方網站下載OS版本對應的調試符號和對應的調試版本內核，配置起來需要花費一定的時間，只有Perf_events使用起來比較方面，但是客觀來說，實力也是最弱的，但應對日一些簡單的場景也足夠了。本文以Perf_events進行示范，算是對這方面感興趣的朋友開個頭，拋磚引玉一下。
Perf_events簡稱perf是 Linux 系統原生提供的性能分析工具，會返回 CPU 正在執行的函數名以及調用棧（stack）。通常，它的執行頻率是 99Hz（每秒99次），如果99次都返回同一個函數名，那就說明 CPU 這一秒鍾都在執行同一個函數，可能存在性能問題。
命令如下：
# perf record -F 99 -p 15533 -g -- sleep 30
上面的命令中，perf record表示記錄，-F 99表示每秒99次，-p 15533是進程號，即對哪個進程進行分析，也可以對線程進行分析， -g表示記錄調用棧，sleep 30則是持續30秒。運行后會產生一個龐大的文本文件。如果一台服務器有16個 CPU，每秒抽樣99次，持續30秒，就得到 47,520 個調用棧，長達幾十萬甚至上百萬行。為了便於閱讀，perf record命令可以統計每個調用棧出現的百分比，然后從高到低排列。
命令如下：
# perf report -n --stdio
由於文本顯示方式對於初學者不是十分直觀，於是有了火焰圖， 首先對剛才生成的perf.data進行如下兩步處理。
# perf script -i perf.data &> perf.unfold
# ./stackcollapse-perf.pl perf.unfold &> perf.folded
然后生成火焰圖
#./flamegraph.pl perf.folded > perf.svg
具體的火焰圖生成工具可以去如下路徑下載：
https://github.com/brendangregg/FlameGraph
關於火焰圖
火焰圖是基於 perf 結果產生的 SVG 圖片，用來展示 CPU 的調用棧。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。x 軸表示抽樣數，如果一個函數在 x 軸占據的寬度越寬，就表示它被抽到的次數多，即執行的時間長。注意，x 軸不代表時間，而是所有的調用棧合並后，按字母順序排列的。火焰圖就是看頂層的哪個函數占據的寬度最大。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，因為火焰圖表示的是 CPU 的繁忙程度，所以一般選擇暖色調。火焰圖是 SVG 圖片，可以與用戶互動。
--鼠標懸浮
火焰的每一層都會標注函數名，鼠標懸浮時會顯示完整的函數名、抽樣抽中的次數、占據總抽樣次數的百分比。
--點擊放大
在某一層點擊，火焰圖會水平放大，該層會占據所有寬度，顯示詳細信息。左上角會同時顯示"Reset Zoom"，點擊該鏈接，圖片就會恢復原樣。
--搜索
按下 Ctrl + F 會顯示一個搜索框，用戶可以輸入關鍵詞或正則表達式，所有符合條件的函數名會高亮顯示。
小結
本文對linux應用性能分析工具perf的使用進行了完整的介紹，並對如何生成火焰圖的命令進行了示范，火焰圖的應用場景很多，不僅可以處理perf的輸出數據還可以處理Dtrace命令的輸出，功能強悍，希望本文對大家有所幫助。