Linux監控&性能調優分析-perf(3）火焰圖

来源:https://www.cnblogs.com/testing-/p/18385491
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10 火焰圖（flamegraph）

perf火焰圖是一種可視化性能分析工具，它通過將性能數據繪製成一個類似火焰的圖，直觀地展示了程式的調用棧，幫助開發者快速定位性能瓶頸。特點如下：

  • 可視化性能數據：火焰圖將性能數據映射到一個二維的圖中，橫軸表示採樣時間，縱軸表示調用棧。
  • 火焰形狀：圖中每個矩形代表一個函數調用，矩形的寬度表示該函數占用的時間比例，高度表示調用棧的深度。
  • 顏色：火焰圖通常使用熱力圖的顏色來表示性能開銷，紅色表示開銷較大，藍色表示開銷較小。

perf火焰圖的優勢

  • 直觀：火焰圖將複雜的性能數據以一種直觀的方式展示出來，讓人一目瞭然。
  • 快速定位問題：通過火焰圖，可以快速定位到占用CPU時間最多的函數，從而有針對性地進行優化。
  • 深入分析：火焰圖可以展示完整的調用棧，幫助開發者瞭解程式的執行流程，並找到性能瓶頸的根源。

可以使用 flamegraphs 創建用 perf 工具記錄的系統性能數據的可視化效果。

堆棧跟蹤採樣是使用 perf 工具剖析 CPU 性能的常用技術。遺憾的是，使用 perf 分析堆棧跟蹤的結果可能非常冗長，分析起來也非常耗費精力。 flamegraph 是根據 perf 記錄的數據創建的可視化圖形，可以更快、更輕鬆地識別熱門代碼路徑。

10.1 安裝 flamegraphs

# yum install js-d3-flame-graph  
# 如果沒有可到此處下載
# wget https://www.rpmfind.net/linux/centos-stream/9-stream/AppStream/aarch64/os/Packages/js-d3-flame-graph-4.0.7-1.el9.noarch.rpm

10.2 在整個系統中創建火焰圖

# perf script flamegraph -a -F 99 sleep 60
------------------------------------------------------------
perf_event_attr:
  size                             120
  { sample_period, sample_freq }   99
  sample_type                      IP|TID|TIME|CALLCHAIN|ID|CPU|PERIOD
  read_format                      ID
  disabled                         1
  inherit                          1
  freq                             1
  precise_ip                       3
  sample_id_all                    1
  exclude_guest                    1
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
perf_event_attr:
  type                             1
  size                             120
  config                           0x9
  { sample_period, sample_freq }   99
  sample_type                      IP|TID|TIME|CALLCHAIN|ID|CPU|PERIOD
  read_format                      ID
  inherit                          1
  mmap                             1
  comm                             1
  freq                             1
  task                             1
  sample_id_all                    1
  mmap2                            1
  comm_exec                        1
  ksymbol                          1
  bpf_event                        1
------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------
perf_event_attr:
  type                             1
  size                             120
  config                           0x9
  watermark                        1
  sample_id_all                    1
  bpf_event                        1
  { wakeup_events, wakeup_watermark } 1
------------------------------------------------------------
dumping data to flamegraph.html

10.3 在特定進程上創建 flamegraph

# perf script flamegraph -a -F 99 -p 2041785 sleep 20

10.4 解釋火焰圖

火焰圖中的每個方框代表堆棧中的不同函數。y 軸顯示堆棧的深度，每個堆棧中最頂端的方框代表實際運行在 CPU 上的函數，下麵的所有方框都是其祖先。x 軸顯示的是調用圖採樣數據的群體。

在給定行中，堆棧的子堆棧是根據每個函數的採樣次數按x軸降序顯示的；x 軸並不代表時間的流逝。單個方框越寬，表示在數據採樣時，CPU 上的函數或 CPU 上祖先函數的頻率越高。

要顯示以前可能未顯示的函數名稱併進一步研究數據，請單擊火焰圖中的方框，放大該位置的堆棧：

要返回火焰圖的預設視圖，請單擊 “重置縮放”。

在 flamegraph 中，代表用戶空間函數的方框可能被標記為未知，因為函數的二進位被剝離。必須安裝可執行文件的 debuginfo 包，如果可執行文件是本地開發的應用程式，則必須使用調試信息編譯該應用程式。在這種情況下，使用 GCC 中的 -g 選項來顯示函數名稱或符號。

10.5 利用鯤鵬開發套件命令行工具生成火焰圖

  • 下載：

https://www.hikunpeng.com/developer/devkit/download
比如：

# wget https://kunpeng-repo.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com/Kunpeng%20DevKit/Kunpeng%20DevKit%2024.0.RC2/DevKit-CLI-24.0.RC2-Linux-Kunpeng.tar.gz
# tar xzvf DevKit-CLI-24.0.RC2-Linux-Kunpeng.tar.gz
# cd DevKit-CLI-24.0.RC2-Linux-Kunpeng

註意X86版本暫時沒有生成火焰圖功能。

  • 生成火焰圖
$ sudo ./devkit tuner hotspot -c 0-56 -d 3 -i 1 -o ./hotspot_cpu -g --package --long-name
[sudo] password for test:

Hotspot Summary Report-1                                Time:2024/08/29 11:08:51
================================================================================

──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
  Function                                                                       Cycles    Module                                                              Cycles(%)
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
  MX_Sim_Explicit::NodeData::updateVelocity(double, double) [clon         3,353,102,915    /home/projects/maixi/packages/102/packed/lib/libMxSimExplicit.s         56.29
  e ._omp_fn.0]                                                                            o
  MX_Sim_Explicit::Hexa1stR::computeHourglassForce(int, double co           674,768,176    /home/projects/maixi/packages/102/packed/lib/libMxSimExplicit.s         11.33
  nst (*) [3][8], double const (*) [3][8], int, double const (*)                           o
  [8][8], double (*) [8], double (*) [3][8], double, double (*) [
 ...
──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
3044 milliseconds time elapsed

Callstack is saved to ./callstack-20240829-110851.log
Flamegraph is saved to ./Flamegraph-20240829-110851.html
The report ./hotspot_cpu.tar is generated successfully.
To view summary report. you can run: devkit report -i ./hotspot_cpu.tar
To view detail report. you can import the report to the WebUI or IDE to view details.

生成的火焰圖html文件預設生成在用戶所在目錄，火焰圖html文件可使用瀏覽器查看。

參考資料

10.6 傳統生成火焰圖的方法

https://github.com/flamegraph-rs/flamegraph

# git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph  # or download it from github
# cd FlameGraph
# perf record -F 99 -a -g -- sleep 60
# perf script | ./stackcollapse-perf.pl > out.perf-folded
# ./flamegraph.pl out.perf-folded > perf.svg

參考：https://www.brendangregg.com/FlameGraphs/cpuflamegraphs.html

這種方式生成的火焰圖沒有搜索功能。

10.7 Rust flamegraph生成火焰圖的方法

https://github.com/flamegraph-rs/flamegraph是Rust開發的火焰圖生成工具

#  cargo install flamegraph
# flamegraph --open --cmd "record -g" -- gunzip < cmake-3.19.8-Linux-x86_64.tar.gz > cm
[ perf record: Woken up 3 times to write data ]
[ perf record: Captured and wrote 0.690 MB perf.data (4844 samples) ]

會在當前目錄生成flamegraph.svg


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