火焰圖（Flame Graphs）

一、概述：

? ? ? ? 火焰圖（flame graph）是性能分析的利器，通過它可以快速定位性能瓶頸點(diǎn)。

? ? ? ? perf 命令（performance 的縮寫）是 Linux 系統(tǒng)原生提供的性能分析工具，會(huì)返回 CPU 正在執(zhí)行的函數(shù)名以及調(diào)用棧（stack）。

? ? ? ? 本文介紹它的安裝和基本用法。

二、安裝perf和可視化生成器

# yum install perf -y? ? ? ? ? ?//yum方式安裝perf

#?git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph.git? ? ? ? ? ? ? ?//選擇好火焰圖文件存放路徑后執(zhí)行該條命令，從github上獲取火焰圖的相關(guān)文件，獲取完成后會(huì)有一個(gè)FlameGraph的文件夾，如下圖

?說明：打開文件夾，里面大部分是perf語言寫的腳本，生成火焰圖后續(xù)會(huì)用到，如下圖，右圖為各pl文件用途釋義

到此，安裝完成。

三、perf 采集數(shù)據(jù)

# perf record -F 99 -a -g -- sleep 60               //對CPU所有進(jìn)程以99Hz采集,它的執(zhí)行頻率是 99Hz（每秒99次），如果99次都返回同一個(gè)函數(shù)名，那就說明 CPU 這一秒鐘都在執(zhí)行同一個(gè)函數(shù)，可能存在性能問題。執(zhí)行60秒后會(huì)彈出如下圖提示表示采集完成，在當(dāng)前目錄會(huì)生成一個(gè)perf.data的文件

# perf record -F 99 -p 181 -g -- sleep 60        //對進(jìn)程ID為181的進(jìn)程進(jìn)行采集，采集時(shí)間為60秒，執(zhí)行期間不要退出

上述代碼中perf record表示記錄，-F 99表示每秒99次，-p 13204是進(jìn)程號，即對哪個(gè)進(jìn)程進(jìn)行分析，-g表示記錄調(diào)用棧，sleep 30則是持續(xù)30秒，-a 表示記錄所有cpu調(diào)用。更多參數(shù)可以執(zhí)行perf --help查看。

perf.data文件生成后，表示采集完成。最好是在火焰圖的目錄下進(jìn)行采集，方便轉(zhuǎn)換成SVG圖形。

四、生成火焰圖

# perf script -i perf.data &> perf.unfold? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //生成腳本文件

# ./FlameGraph/stackcollapse-perf.pl perf.unfold &> perf.folded? ? ? ? ? ? ??

# ./FlameGraph/flamegraph.pl perf.folded > perf.svg? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//執(zhí)行完成后生成perf.svg圖片，可以下載到本地，用瀏覽器打開 perf.svg，如下圖

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五、火焰圖的含義

火焰圖是基于 perf 結(jié)果產(chǎn)生的?SVG 圖片，用來展示 CPU 的調(diào)用棧。

y 軸表示調(diào)用棧，每一層都是一個(gè)函數(shù)。調(diào)用棧越深，火焰就越高，頂部就是正在執(zhí)行的函數(shù)，下方都是它的父函數(shù)。

x 軸表示抽樣數(shù)，如果一個(gè)函數(shù)在 x 軸占據(jù)的寬度越寬，就表示它被抽到的次數(shù)多，即執(zhí)行的時(shí)間長。注意，x 軸不代表時(shí)間，而是所有的調(diào)用棧合并后，按字母順序排列的。

火焰圖就是看頂層的哪個(gè)函數(shù)占據(jù)的寬度最大。只要有"平頂"（plateaus），就表示該函數(shù)可能存在性能問題。

顏色沒有特殊含義，因?yàn)榛鹧鎴D表示的是 CPU 的繁忙程度，所以一般選擇暖色調(diào)。

六、互動(dòng)性

火焰圖是?SVG 圖片，可以與用戶互動(dòng)。

（1）鼠標(biāo)懸浮

火焰的每一層都會(huì)標(biāo)注函數(shù)名，鼠標(biāo)懸浮時(shí)會(huì)顯示完整的函數(shù)名、抽樣抽中的次數(shù)、占據(jù)總抽樣次數(shù)的百分比。下面是一個(gè)例子。

mysqld'JOIN::exec (272,959 samples, 78.34 percent) 

（2）點(diǎn)擊放大

在某一層點(diǎn)擊，火焰圖會(huì)水平放大，該層會(huì)占據(jù)所有寬度，顯示詳細(xì)信息。

左上角會(huì)同時(shí)顯示"Reset Zoom"，點(diǎn)擊該鏈接，圖片就會(huì)恢復(fù)原樣。

（3）搜索

按下 Ctrl + F 會(huì)顯示一個(gè)搜索框，用戶可以輸入關(guān)鍵詞或正則表達(dá)式，所有符合條件的函數(shù)名會(huì)高亮顯示。

七、火焰圖示例

下面是一個(gè)簡化的火焰圖例子。

首先，CPU 抽樣得到了三個(gè)調(diào)用棧。

func_c 
func_b 
func_a 
start_thread func_d 
func_a 
start_thread func_d 
func_a 
start_thread

上面代碼中，start_thread是啟動(dòng)線程，調(diào)用了func_a。后者又調(diào)用了func_b和func_d，而func_b又調(diào)用了func_c。

經(jīng)過合并處理后，得到了下面的結(jié)果，即存在兩個(gè)調(diào)用棧，第一個(gè)調(diào)用棧抽中1次，第二個(gè)抽中2次。

start_thread;func_a;func_b;func_c 1 start_thread;func_a;func_d 2 

有了這個(gè)調(diào)用棧統(tǒng)計(jì)，火焰圖工具就能生成 SVG 圖片。

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

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

八、局限

兩種情況下，無法畫出火焰圖，需要修正系統(tǒng)行為。

（1）調(diào)用棧不完整

當(dāng)調(diào)用棧過深時(shí)，某些系統(tǒng)只返回前面的一部分（比如前10層）。

（2）函數(shù)名缺失

有些函數(shù)沒有名字，編譯器只用內(nèi)存地址來表示（比如匿名函數(shù)）。

九、常見應(yīng)用的火焰圖

Node 應(yīng)用的火焰圖

Node 應(yīng)用的火焰圖就是對 Node 進(jìn)程進(jìn)行性能抽樣，與其他應(yīng)用的操作是一樣的。

$ perf record -F 99 -p `pgrep -n node` -g -- sleep 30 

詳細(xì)的操作可以看這篇文章。

Chrome?瀏覽器的火焰圖

Chrome 瀏覽器可以生成頁面腳本的火焰圖，用來進(jìn)行 CPU 分析。

打開開發(fā)者工具，切換到 Performance 面板。然后，點(diǎn)擊"錄制"按鈕，開始記錄數(shù)據(jù)。這時(shí)，可以在頁面進(jìn)行各種操作，然后停止"錄制"。

這時(shí)，開發(fā)者工具會(huì)顯示一個(gè)時(shí)間軸。它的下方就是火焰圖。

瀏覽器的火焰圖與標(biāo)準(zhǔn)火焰圖有兩點(diǎn)差異：它是倒置的（即調(diào)用棧最頂端的函數(shù)在最下方）；x 軸是時(shí)間軸，而不是抽樣次數(shù)。

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參考資料：

https://github.com/brendangregg/FlameGraph

http://www.brendangregg.com/flamegraphs.html

https://www.jianshu.com/p/492218c163d9

http://www.ruanyifeng.com/blog/2017/09/flame-graph.html

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/wx170119/p/11459995.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的火焰图（Flame Graphs）的安装和基本用法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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