Linux CPU火焰图

1、火焰图简介

火焰图（Flame Graph）是一种强大的性的性能分析工具，专门用于可视化cpu时间消耗咋各个函数栈上的情况，可以很快帮助开发这识别程序中的性能瓶颈和热点函数，从而有效的进行程序优化；

火焰图通常以SVG格式提供，可以在现在浏览器中直接打开并进行交互，用户可以通过点击感兴趣的区域来查看函数名称、源码行等详细信息；火焰图每一层代表一个函数调用，宽度对应该函数占用CPU的时间比例，越宽的火焰图代表函数及其子函数消耗的CPU时间越多，直观的展现了哪些函数占用了大部分CPU计算资源；

通常火焰图常用于分析函数执行的频繁程度、分析哪些函数经常阻塞、分析哪些函数频繁分别配内存；

Linux 火焰图凭借其独特的可视化方式和广泛的工具兼容性，已成为 Linux 性能分析领域的标准工具之一，对于快速定位和解决 CPU 性能问题具有极高价值。

2、火焰图类型

常见的火焰图包括on-cpu火焰图、off-cpu火焰图、内存火焰图、Hot/Cold火焰图、红蓝分叉火焰图

• on-cpu火焰图：分析cpu占用时间，找出cpu占用高的函数，分析代码热路径，通常是固定频率采样cpu调用栈来获取采用数据
• off-cpu火焰图：分析cpu阻塞时间，找出i/o、网络等阻塞、锁竞争、死锁等导致性能下降问题；通常是固定频率采用组的时间调用栈来获取采用数据；
• 内存火焰图：分析内存申请释放韩式调用次数，可以找出内存泄露问题，内存占用高的对象申请内存多的函数；
• Hot/Cold火焰图：on-cpu和off-cpu火焰图综合展示
• 红蓝分叉火焰图：红色表示上升、蓝色表示下降；处理不同版本性能回退问题，一般是对比两个on-cpu火焰图

一般on-cpu火焰图适合分析cpu占用高的问题函数

off-cpu火焰图适合分析解决阻塞和锁竞争问题；

3、绘制火焰图

绘制火焰图需要root权限，一般绘制火焰图有三个步骤：事件采集—>堆栈折叠—>火焰图绘制

安装perf事件采用工具，需要使用root权限

apt install linux-tools-common

测试perf工具

perf record -F 99 -a -g -- sleep 10

再当前目录下会生成一个perf.data的文件；

perf常见的命令有以下几个：

• perf top：实时查看当前系统进程的性能统计信息

• perf stat：分析指定的程序性能情况

• perf list：查看当前软硬件支持的采用性能事件

• perf record：记录一段时间内系统或进程的性能事件

• perf report：读取perf record生成的perf.data文件明显分析数据

• 参数

  • -e 指定性能事件
  • -p 执行线程或进程pid，可指定多个没使用，号隔开
  • -u 收集指定用户数据
  • -a 收集所有cpu的系统数据
  • -F 每个cpu每秒的采用次数
  • -g 开启call-graph记录，及利用函数调用栈中的信息来追踪程序执行的路径和调用关系
  • -C 指定cpu
  • -c 事件发生指定次数后采用一次
  • -o 指定输出文件，默认输出文件为perf.data
  • -i 在perf report 中，指定要分析发文件

  # 指定分析3586号进程，每个cpu每秒采用99次，总共记录10s的数据
  perf record -F 99 -p 3586 -g -- sleep 10
  # report可以查看统计信息
  perf report -n --stdio
  

安装绘制火焰图绘制工具

Flame Graph 工程实现了一套生成火焰图的脚本，可以直接clone下来使用，地址< https://gitee.com/mirrors/FlameGraph.git>

堆栈折叠

使用perf script工具对采用数据perf.data进行解析

perf script -i perf.data &> perf.unflod

使用stackcollaps-perf.pl将perf解析的perf.unfold中的符号进行折叠

# 生成火焰图需要的统计信息
./FlameGraph/stackcollapse-perf.pl perf.unfold &> perf.folde 

最后使用flamegraph.pl工具生成火焰图；

./FlameGraph/flamegraph.pl perf.folde &> test_on_cpu.svg

可以将上数命令整合程一条指令

perf script  | ./FlameGraph/stackcollapse-perf.pl | ./FlameGraph/flamegraph.pl > test_oncpu.svg

具体使用情况可参考https://www.yuque.com/linuxer/xngi03/dpd36gqgugnn8wtf?singleDoc#
专属学习链接：https://xxetb.xetslk.com/s/36yiy3