Linux性能分析工具简介

2022-01-22  本文已影响0人  谭英智

系统CPU

概念

vmstat

perf-vmstat
列 描述
r 当前可运行的进程数
b 等待IO完成的被阻塞的进程数
in 中断的次数
cs 上下文切换的次数
us 用户态运行时间百分比
sy 内核态运行时间百分比 包括irq softirq和system
id 系统空闲时间百分比
wa 等待IO时间百分比

cs和us时间少，id时间多，代表系统处于空闲状态

us多代表系统调用占的时间更多

cs多代表进程大部分时间运行在用户态

r太多，代表CPU竞争激烈，资源出现不够用

wa多，代表设备IO性能出现问题

top

perf-top
列 描述
us 用户态运行时间
sy 内核态运行时间
ni nice进程消耗的CPU时间
id 空闲的时间
wa 等待IO的时间
hi irq的时间
si softirq的时间
load average 1/5/15分钟的平均负载
%CPU 特定进程消耗的CPU时间
PRI 进程优先级，值越大优先级越高
NI nice值
TIME 自启动以来已消耗的CPU时间（内核与用户态）

系统内存

概念

vmstat

perf-vmstat
perf-vmstat-mem
列 描述
swpd 用于交换的内存总量
free 未被使用的物理内存
buff 缓冲
cache 缓存
active 活跃的内存
inactive 非活跃内存
si 从硬盘进来的交换速率
so 到硬盘去的交换速率
pages paged in 从硬盘读入缓冲的内存总量
pages paged out 从缓存写入硬盘的内存总量
pages swapped in 从交换去读入内存的内存总量
pages swapped out 从系统内存写入交换的内存总量
use swap 交换分区使用的容量
free swap 可用的交换分区容量
total swap 交换分区总量

top

perf-top
列 描述
%MEM 进程使用内存量占系统内存的百分比
VIRT 进程虚拟内存使用总量。包括分配但未使用的内存
SWAP 进程使用交换区总量
RES 进程实际使用物理内存总量
CODE 进程可执行代码使用的物理内存总量
DATA 进程数据和堆栈的内存总量
SHR 进程共享内存总量
nDRT 需要刷新到硬盘的脏页数量
Mem 总量、使用量和空闲量
swap 交换区的总量、使用量和空闲量
active 活跃内存
inactive 非活跃内存
buffers 缓冲内存

free

perf-free
列 描述
Mem 物理内存与交换区的总量
Used 已使用的总量
free 未使用的总量
shared 忽略
buffers 缓冲
cached 缓存
-/+ buffers cache 缓冲缓存
low 低端内存
High 高端内存

只有在Mem足够大的时候，缓冲和缓冲才会被Linux内核有效的利用起来，当发现IO性能下降的时候，有可能是系统内存不够导致的

进程CPU

概念

time

perf-time
列 描述
User time 用户态运行时间
System time 内核态运行时间
Elapsed 自启动以来经历的时间
Percent of CPU 消耗CPU百分比
Major 需要从磁盘读取内存页的缺页故障
Minor 不需要访问磁盘的内存页缺页故障
Swaps 进程被交换到磁盘的次数
Voluntary 进程主动让出CPU的次数
Involuntary 进程被动让出CPU的次数
Page size 系统的页面大小
Exit status 退出状态

strace

用于统计进程系统调用的运行时间

perf-strace
列 描述
% time 系统函数占用系统调用总时间百分比
seconds 此系统调用占用的总秒数
usecs/call 一次系统调用花费的微妙数
calls 系统函数总调用数
errors 系统函数返回失败的次数

找出系统调用函数的花费时间，减少耗时长的系统调用，把阻塞系统调用改成非阻塞系统调用，或者使用更高效的系统调用

ltrace

库函数调用的时间统计

perf-ltrace
列 描述
% time 此库函数所花的时间占总库函数调用时间的百分比
seconds 此调用的总秒数
usecs/call 一次调用花的微秒数
calls 调用总数
function 函数名

ps

perf-ps
列 描述
etime 自启动以来花费的时间
time 花费了多少CPU时间
pcpu 占CPU百分比
command 启动命令

ld

查看进程启动时间

perf-ld
列 描述
totoal startup time in dynamic loader 应用程序开始执行开始，加载所花的时间
time needed for relocation 符号重定向所花的时间（动态库）
number of relocations 已完成的重定位数量
number of relocations from cache 预计算并使用的重定向数量
number of relative relocations 相对重定位数量
time needed to load object 加载应用程序使用的全部库所需时间
final number of relocations 重定位总数
final number of relocations froms 预计算重定位数量

上图可以看出重定位使用了83%的时间

这是加载动态库需要重定位带来的开销

如果使用prelink，可以把这个时间将为零

从而加快启动速度

gprof

用于分析应用程序函数的执行时间

gcc -pg -g3 -o app app.c
perf-gprof

oprofile

gprof需要加入编译选项

而oprofile不需要

也可以分析程序函数的调用时间

sudo opcontrol -d
perf-oprofile

进程内存

ps

perf-ps-mem
列 描述
-o 需要跟踪的指标
vsz 虚拟内存大小
rss 实际使用的物理内存
tsiz 程序代码的虚拟内存大小
dsiz 程序数据结构与堆栈大小
majflt 因读磁盘的缺页故障
minflt 仅因申请内存的缺页故障
pmep 内存百分比
command 执行命令

valgrind

可以定位高速缓存缺失

perf-valgrind

可以看到L1缓存有24.9%的读缺失和12.4%的写缺失

L2缓存有12.4%的写缺失

进一步的，可以通过cg_annotate来定位是哪个函数甚至哪行代码需要为缓存缺失负责

perf-cg_annotate 
cg_annotate --25571 --auto=yes
#定位哪一行有缓存缺失

磁盘IO

vmstat

perf-vmstat-io-default
列 描述
bo 此间隔写入磁盘的总块数
bi 读磁盘的总块数
wa 等待IO所消耗的CPU时间
perf-vmstat-big-d
列 描述
disks 磁盘总数
partitions 分区总数
total reads 读请求数
merged reads 为提升read，合并读操作，一般为相邻的磁盘块
read sectors 读取的扇区总数
milli read 读所花费的时间
writes 写请求数
merged writes 合并写
written sectors 写入的总扇区数
milli writing 写花费的时间
inprogress IO 过程中的IO
milli spent IO 等待IO锁花费的毫秒数
perf-vmstat-small-d

可以看出读写IO，在性能上，应该关注合并写和合并读是否足够多。这要求应用程序，读写IO尽量利用局部性原理

如果等待IO过长，就有可能是应用程序使用过多的阻塞IO所导致的

iostat

用于统计IO读写速率

perf-iostat
列 描述
tps 每秒的读写请求数
Blk_read/s 每秒读的速率
Blk_writn/s 每秒写速率
Blk_read 时间间隔读总次数
Blk_write 时间间隔写总次数
perf-iostat-ex
列 描述
rrqm/s 合并读的数量
wrqm/s 合并写的数量
r/s 每秒提交的读请求
w/s 每秒提交的写请求
rsec/s 每秒读取的扇区数
wsec/s 每秒写入的扇区数
rkB/s 每秒读取的数据
wkB/s 每秒写入的数据
avgrq-sz 请求扇区的平均大小
avgqu-sz 请求队列的平均大小
await 读写请求等待的时间和执行的平均时间
svctm 读/写磁盘实际花费的平均时间
%until 利用率

上图可以看出，磁盘的利用率达到100%

等待队列长度avgqu-sz相当高

等待时间await很长

执行时间svctm很低

这代表磁盘已经达到饱和状态

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