系統級性能優化通常包括兩個階段：性能剖析（performance profiling）和代碼優化。

性能剖析的目標是尋找性能瓶頸，查找引發性能問題的原因及熱點代碼。代碼優化的目標是針對具體性能問題而優化代碼或編譯選項，以改善軟件性能。

在性能剖析階段，需要借助于現有的 profiling 工具，探測相關模塊的熱點路徑、耗時統計和占比。在代碼優化階段往往需要借助開發者的經驗，編寫簡潔高效的代碼，甚至在匯編級別合理使用各種指令，合理安排各種指令的執行順序。

本文主要講述性能剖析的方法，在這方面，Linux 操作系統自帶了多種靈活又具有針對性的工具，此外一些廠家也開源了不少優秀的性能分析工具。下面介紹幾種主流工具的使用方法。

perf

perf簡介

perf 是 google 提供的一款強大的性能分析工具，它被廣泛應用在內核和應用程序的性能分析當中。

Linux 性能計數器是一個新的基于內核的子系統，它提供一個性能分析框架，比如硬件（CPU、PMU(Performance Monitoring Unit)）功能和軟件（軟件計數器、tracepoint）功能。通過 perf，應用程序可以利用 PMU、tracepoint 和內核中的計數器來進行性能統計。

perf安裝

在終端中輸入 perf，如果提示 perf 的用法，則表明 perf 已經安裝。如果提示命令未找到

$ perf /usr/bin/perf: line 24: exec: perf_3.4: not found E: linux-tools-3.4 is not installed.

由于 perf 命令包含在 linux-tools 包中，因此先查詢其版本

$ apt-cache search linux-tools linux-tools - Performance analysis tools for Linux (meta-package) linux-tools-2.6 - Performance analysis tools for Linux (dummy package) linux-tools-3.2 - Performance analysis tools for Linux 3.2 linux-tools-3.4 - Performance analysis tools for Linux 3.4

如果存在對應版本的 linux-tools 包，則直接安裝即可

$ sudo apt-get install linux-tools-3.4

如果沒有對應版本的 linux-tools，則可下載安裝最新版本的 linux-tools-x.x，然后修改文件 /usr/bin/perf，將 exec "perf_$version" "$@" 修改為 exec "perf_x.x" "$@"。

perf使用

假設 linuxcnc 程序的執行腳本在 /usr/linuxcnc2.7.14/scripts 下，則用 perf record 啟動 linuxcnc

$ cd /usr/linuxcnc2.7.14/scripts/ $ sudo perf record -e cpu-clock --call-graph ./linuxcnc

軟件啟動后，執行加工，等到自動加工完成后，關閉軟件。在當前目錄下會生成 perf.data，使用 perf report -v -i perf.data，可以看到調用過程和執行時間統計

為了方便查看函數調用的細節，可以將分析報告導出到文件中

root@debian:/usr/linuxcnc2.7.14/scripts# perf report -v -i perf.data > report.log

該工具的詳細介紹及其它選項見：https://www.cnblogs.com/arnoldlu/p/6241297.html

oprofile

oprofile簡介

oprofile 庫是 Linux 平臺上的一個功能強大的性能分析工具，支持兩種采樣方式：基于事件的采樣和基于時間的采樣。

基于事件的采樣：oprofile 只記錄特定事件（比如 L2 cache miss）的發生次數，當達到用戶設定的值時，oprofile 就記錄一下（采樣一次）。這種方式需要 CPU 內部有性能計數器。

基于時間的采樣：oprofile 借助 OS 時鐘中斷的機制，每個時鐘中斷 oprofile 都會記錄一次（采樣一次），其精度相對于基于事件的采樣要低。因為要借助 OS 時鐘中斷的支持，對禁用中斷的代碼 oprofile 不能對其進行分析。

oprofile 在 Linux 上分為兩部分，一個是內核模塊（oprofile.ko），一個是用戶空間的守護進程（oprofiled）。

oprofile.ko 負責訪問性能計數器或者注冊基于時間采樣的函數（使用 register_timer_hook 注冊之，使時鐘中斷處理程序最后執行 profile_tick 時可以訪問之），并將采樣置于內核的緩沖區內。

oprofiled 在后臺運行，負責從內核空間搜集數據，寫入文件。

注意事項

不建議在虛擬機里利用 oprofile 來測試性能，因為虛擬機對 oprofile 支持不好。

調試的內核最好是原生的內核，發行版 Linux（比如 redhat）自帶的內核一般都是經過大量修改的，對 oprofile 支持不好，所以我們最好從 kernel 官方網站上下載源碼后自行編譯生成內核，重啟機器對新內核環境進行性能測試。另外，oprofile 需要的是未經壓縮的內核鏡像，所以 /boot 目錄的 vmlinux-x.x.xx 是不能用的，而需要使用 Linux 源碼編譯目錄里的未壓縮鏡像文件，比如 /usr/src/linux-2.6.30/vmlinux。

需要添加內核配置文件

oprofile 需要內核的支持，2.6 的 Linux 內核已經支持了這個功能，可以編譯成模塊或者直接編譯進內核。一般發行版本是沒有將此項功能編譯進內核的，因此需要手動編譯一個內核版本，

$ cat /boot/config-`uname -r` | grep OPROFILE CONFIG_OPROFILE=m CONFIG_HAVE_OPROFILE=y

如果沒有則加上，CONFIG_OPROFILE=m 表示編譯成模塊，CONFIG_OPROFILE=y 表示直接編譯進內核。如果 oprofile 編成了模塊，則需要加載 oprofile 模塊。

oprofile安裝

直接到 http://oprofile.sourceforge.net/download/ 下載 oprofile 源碼包到目標機器上，編譯并安裝。注意：安裝時需要 root 權限。

$ sudo ./configure $ sudo make $ sudo make install

如果要卸載 oprofile，請執行如下命令

$ sudo make uninstall

版本說明

在 1.0 版本以前，oprofile 使用腳本命令 opcontrol 和 oprofiled 守護進程進行采樣分析；在 0.9.8 版本，其被棄用，并引入 operf 工具進行采樣分析。

一些舊的處理器和平臺可能不支持 operf，運行 operf 會得到類似如下的提示信息

$ operf Your kernel's Performance Events Subsystem does not support your processor type Please use the opcontrol command instead of operf.

這時應該安裝包含 opcontrol 和 oprofiled 的最新版本 0.9.9。

依賴庫缺失

在執行 sudo ./configure 時，如果提示依賴庫缺失

$ sudo ./configure ...... configure: error: liberty library not found

庫 liberty 包含在 binutils-dev 包中，安裝包

$ sudo apt-get install binutils-dev

oprofile使用

由于沒有實體機做實驗，這里只能用虛擬機代替，并且使用 opcontrol 命令進行演示。

• 加載內核模塊

# modprobe oprofile

• 設置監視內核

第一次調用 opcontrol 時，必須告訴它想統計內核還是用戶空間數據，由于沒有可供調試的內核，因此用 --no-vmlinux 選項來取消內核統計

# opcontrol --no-vmlinux

• 利用 oprofile 進行數據收集

# opcontrol --init 加載oprofile模塊、oprofile驅動程序 # opcontrol --reset 清空之前檢測的數據記錄 # opcontrol --start 啟動數據收集 # program run 運行被監視的應用程序 # opcontrol --dump 將oprofile檢測到的數據寫入文件 # opcontrol --stop 停止數據收集 # opcontrol --shutdown 停止數據收集，并關閉oprofile進程 # opcontrol --deinit 關閉oprofile后臺進程，卸載oprofile模塊

• 查看結果

# opreport：默認查看oprofile檢測結果 # opreport -l：以函數的角度顯示檢測結果 # opreport -l oprofile_test：以函數的角度，針對oprofile_test進程顯示檢測結果 # opannotate -s oprofile_test：以代碼的角度，針對oprofile_test進程顯示檢測結果 # opannotate -s /lib64/libc-2.12.so：以代碼的角度，針對libc-2.4.so庫顯示檢測結果

可能是由于虛擬機或內核的緣故，這里用 oprofile 沒有監測出應用程序的性能指數，如下圖所示

疑難問題

如果啟動 opcontrol --start 時，提示如下信息

# opcontrol --start Cannot find event CPU_CLK_UNHALTED Using default event: CPU_CLK_UNHALTED:100000:0:1:1 Cannot find event CPU_CLK_UNHALTED

則表明當前 CPU 不被 oprofile 識別，或者識別有問題，此時需進行基于時間的采樣，在加載內核模塊時強制使用 timer=1

# modprobe oprofile timer=1

總結

以上是生活随笔為你收集整理的LinuxCNC性能剖析的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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