perf‌命令详解

‌perf 命令详解‌

perf 是 Linux 系统中最强大的 ‌性能分析工具‌，基于内核的 perf_events 子系统实现，支持硬件性能计数器（PMC）、软件事件跟踪等功能，用于定位 CPU、内存、I/O 等性能瓶颈。以下是其核心用法与实战指南：

一、安装与基础配置‌

‌安装

# Debian/Ubuntu
sudo apt install linux-tools-common linux-tools-$(uname -r)# CentOS/RHEL
sudo yum install perf# 验证安装
perf --version

‌ 2. 内核符号支持‌

安装调试符号包（如 linux-image-$(uname -r)-dbgsym），以便 perf 解析内核函数名。
临时允许非特权用户使用性能监控（可选）：

sudo sysctl kernel.perf_event_paranoid=-1

二、核心功能与子命令‌

子命令	功能描述
`perf stat`	统计程序运行的硬件事件（如缓存命中率）
`perf record`	记录性能数据（生成 `.data` 文件）
`perf report`	分析 `record` 生成的数据
`perf top`	实时监控系统或进程的性能热点
`perf trace`	跟踪系统调用（类似 `strace`）
`perf probe`	动态添加内核或用户空间探针

三、常用场景与实战示例‌

‌1. 统计程序性能事件

# 统计命令执行期间的 CPU 周期、缓存命中等
perf stat -e cycles,cache-misses,branch-misses ./my_program

输出示例：

 Performance counter stats for './my_program':2,356,789      cycles                    # 3.801 GHz45,678      cache-misses              # 2.123 % of all cache refs12,345      branch-misses             # 0.56% of all branches0.001234567 seconds time elapsed

‌2. 采样 CPU 热点函数

# 记录进程的 CPU 使用（采样频率 99Hz）
perf record -F 99 -g -- ./my_program  # -g 记录调用栈
perf report --stdio                   # 文本报告
perf report --gui=gtk                 # 图形化分析（需安装 gtk 支持）

输出解读‌：

‌Overhead‌：函数占用的 CPU 时间比例。
‌Command‌：进程名。
‌Shared Object‌：所属动态库或可执行文件。

‌3. 生成火焰图（Flame Graph）

# 1. 记录性能数据
perf record -F 99 -g -- ./my_program
# 2. 生成折叠堆栈
perf script > out.perf
stackcollapse-perf.pl out.perf > out.folded
# 3. 生成火焰图
flamegraph.pl out.folded > flamegraph.svg

火焰图直观展示函数调用栈的 CPU 占用分布，横向宽度表示耗时比例。

‌4. 跟踪系统调用

# 类似 strace，但性能更高（记录所有线程）
perf trace -e 'syscalls:sys_enter_*' ./my_program

过滤特定系统调用：

perf trace -e 'syscalls:sys_enter_open,syscalls:sys_enter_read'

‌5. 动态添加探针

# 在内核函数 add_to_page_cache_lru 添加探针
perf probe --add add_to_page_cache_lru
# 跟踪探针事件
perf record -e probe:add_to_page_cache_lru -a

四、高级功能‌

‌硬件性能计数器‌
使用 perf list 查看支持的事件（如 instructions、branch-misses）：

perf stat -e instructions,L1-dcache-load-misses ./my_program

‌ 2. 用户空间静态探针‌
在代码中插入静态探针（需编译时支持）：

#include <sys/sdt.h>
int main() {DTRACE_PROBE("myapp", "operation_start");  // 探针点// ...
}

跟踪探针：

perf buildid-cache --add ./my_program  # 注册程序
perf probe --exec=./my_program --add 'myapp:operation_start'
perf record -e 'probe_myapp:*' ./my_program

五、注意事项‌

‌权限要求‌
- 部分功能（如硬件计数器）需要 root 权限或 CAP_PERFMON 能力。
‌性能开销‌
- perf record 高频采样可能导致目标程序变慢，生产环境慎用。
‌符号解析‌
- 若函数名显示为十六进制地址，需安装调试符号（如 -dbgsym 包）。

‌六、与其他工具对比‌

工具	特点	适用场景
`perf`	内核级支持，硬件级性能分析	CPU/内存瓶颈、调用链分析
`strace`	系统调用跟踪	文件/网络操作调试
`gdb`	源码级调试	程序崩溃、逻辑错误