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Linux性能分析工具perf

article 2025/9/26 17:55:04

perf 工具详解

perf（Performance Counters for Linux）是 Linux 系统上的一个强大的性能分析工具，用于监控和分析系统及应用程序的性能。它基于 Linux 内核的 Performance Event Subsystem（perf_events），能够收集硬件（如 CPU 计数器）和软件（如上下文切换、缺页异常）的性能数据。

perf 的主要功能

perf 提供了多种子命令，用于不同的性能分析场景：

子命令	用途
`perf stat`	统计程序运行时的性能事件（如 CPU 周期、缓存命中率等）
`perf record`	记录性能数据（生成 `perf.data` 文件）
`perf report`	分析 `perf record` 记录的数据
`perf top`	实时显示系统中最耗 CPU 的函数
`perf annotate`	查看代码级别的性能热点
`perf trace`	类似 `strace`，跟踪系统调用
`perf bench`	运行内核微基准测试

perf 的典型用途

1. CPU 性能分析

查看哪些函数占用 CPU 最多
```
perf top
```
统计程序的 CPU 使用情况
```
perf stat ./my_program
```

记录程序的调用栈（火焰图分析）

perf record -g ./my_program
perf script | stackcollapse-perf.pl | flamegraph.pl > flame.svg

2. 内存分析

统计缓存命中率

perf stat -e cache-misses,cache-references ./my_program

分析内存访问模式

perf record -e mem-loads,mem-stores ./my_program

3. I/O 和系统调用分析

跟踪系统调用
```
perf trace ./my_program
```

分析磁盘 I/O 延迟

perf record -e block:block_rq_issue,block:block_rq_complete

4. 锁和调度分析

分析多线程程序的锁竞争

perf record -e sched:sched_stat_wait ./my_threaded_program

查看上下文切换情况

perf stat -e context-switches ./my_program

perf 的底层原理

perf 基于 Linux 内核的 perf_events 子系统，可以访问：

硬件性能计数器（PMCs）：如 CPU 周期、指令数、缓存命中/失效等。
软件事件：如上下文切换、缺页异常、调度事件等。
动态探针（kprobes/uprobes）：跟踪内核和用户态函数调用。

perf 的安装

在大多数 Linux 发行版上，perf 可以通过包管理器安装：

# Ubuntu/Debian
sudo apt install linux-tools-common linux-tools-generic# CentOS/RHEL
sudo yum install perf# Arch Linux
sudo pacman -S perf

总结

perf 是 Linux 系统性能分析的瑞士军刀，可用于：
✅ CPU 热点分析
✅ 内存访问模式分析
✅ I/O 和系统调用跟踪
✅ 锁竞争和调度分析
✅ 火焰图生成（FlameGraph）

如果你需要优化程序性能或排查系统瓶颈，perf 是一个非常强大的工具！ 🚀