分析C++性能分析工具&生成火焰图

gperftools是Google提供的一套工具，其中的一个功能是CPU profiler，用于分析程序性能，找到程序的性能瓶颈。
Graphviz是一个由AT&T实验室启动的开源工具包，用于绘制DOT语言脚本描述的图形，gperftools依靠此工具生成图形分析结果。
安装命令：yum install graphviz
编译google-perftools
因为我们只需要tcmalloc功能，因此不编译google-perftools中的其他工具。
wget http://gperftools.googlecode.com/files/google-perftools-1.9.1.tar.gz
tar -xvzf google-perftools-1.9.1.tar.gz
cd google-perftools-1.9.1
./configure --disable-cpu-profiler --disable-heap-profiler --disable-heap-checker --enable-minimal–disable-dependency-tracking
make
makeinstall
/sbin/ldconfig
用法
1.目标程序中引入头文件<google/profiler.h>，链接libprofiler库，64位操作系统同时链接libunwind库，在需要分析代码的起点和终点调用ProfilerStart()函数和ProfilerStop()函数
2.编译链接，运行程序
分析输出
pprof脚本用于分析profile文件并输出结果，包括文本和图形两种输出风格。
例如：demo是目标程序，my.prof是profile文件
生成文本风格结果：pprof --text ./demo my.prof >profile.txt
生成图形风格结果：pprof --pdf ./demo my.prof > profile.pdf
对于一个函数的CPU使用时间分析，分为两个部分：
1.整个函数消耗的CPU时间，包括函数内部其他函数调用所消耗的CPU时间
2.不包含内部其他函数调用所消耗的CPU时间（内联函数除外）

示例：

#include <google/profiler.h>
#include <iostream>
using namespace std;
void func1() {
   int i = 0;
   while (i < 100000) {
       ++i;
   }  
}
void func2() {
   int i = 0;
   while (i < 200000) {
       ++i;
   }  
}
void func3() {
   for (int i = 0; i < 1000; ++i) {
       func1();
       func2();
   }  
}
int main(){
   ProfilerStart("my.prof"); // 指定所生成的profile文件名
   func3();
   ProfilerStop(); // 结束profiling
   return 0;
}

然后编译链接运行，使用pprof生成分析结果
g+±o demo demo.cpp -lprofiler
运行demo，生成my.prof文件，然后用pprof命令对该文件解析，生成结果txt或pdf等。
pprof–text ./demo my.prof > output.txt
pprof–pdf ./demo my.prof > output.pdf

pdf格式的比较直观

图形风格的结果由节点和有向边组成，
每个节点代表一个函数，节点数据格式：
Class Name
Method Name
local (percentage)
of cumulative (percentage)
local时间是函数直接执行的指令所消耗的CPU时间（包括内联函数）。性能分析通过抽样方法完成，默认是1秒100个样本，一个样本是10毫秒，即时间单位是10毫秒；cumulative时间是local时间与其他函数调用的总和；如果cumulative时间与local时间相同，则不打印cumulative时间项。
有向边：调用者指向被调用者，有向边上的时间表示被调用者所消耗的CPU时间

如果生成pdf时报错：ps2pdf command not found，那么要安装Ghostscript。
下载地址：
http://www.linuxfromscratch.org/blfs/view/cvs/pst/gs.html
百度地址：
http://pan.baidu.com/s/1hsP2N56#list/path=%2F
安装的时间会很长，要耐心等待。

文本风格输出结果
Total: 116 samples
83 71.6% 71.6% 83 71.6% func2
33 28.4% 100.0% 33 28.4% func1
0 0.0% 100.0% 116 100.0% __libc_start_main
0 0.0% 100.0% 116 100.0% _start
0 0.0% 100.0% 116 100.0% func3
0 0.0% 100.0% 116 100.0% main
一共6列，分别代表的意思是：
分析样本数量（不包含其他函数调用）
分析样本百分比（不包含其他函数调用）
目前为止的分析样本百分比（不包含其他函数调用）
分析样本数量（包含其他函数调用）
分析样本百分比（包含其他函数调用）
函数名

注意：

gperftools需要程序正常退出才能向prof文件打印数据，所以当程序无法退出时，得要发送信号给进程，在接到信号后，调用ProfilerStop();函数，才能打印出数据。如下所示：

void signal_handler(int signo)
{
    signal(signo, signal_handler);
    INFO_LOG("recv signal[%d]", signo);
    switch(signo)
    {      
        case SIGTERM:
             //程序自己退出，或shell里调用kill缺省该进程。该信号可以被阻塞，或被处理
             //可以在这里做一些程序退出前的最后处理工作
        	 ProfilerStop();
             INFO_LOG("Process recieve SIGTERM");
             break;      
    }
    exit(0);
}
//主函数
signal(SIGTERM, &signal_handler);

用valgrind的callgrind工具也可以进行分析程序性能。
分享一个教程：http://www.tuicool.com/articles/nUZJBb2

perf&FlameGraph生成火焰图

yum在线安装perf

sudo yum install perf

离线安装perf

perf 工具下载
https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/tools/perf/v5.9.0/perf-5.9.0.tar.gz

tar -xvf perf-5.9.0.tar.gz 
cd perf-5.9.0
cd tools/perf/
make
sudo cp perf /usr/local/bin

检查

$ /usr/local/bin/perf --version
perf version 5.9.gbbf5c979011

安装 FlameGraph：从 GitHub 下载 FlameGraph 工具集：

git clone https://github.com/brendangregg/FlameGraph.git

编译C++程序

使用 g++ 编译代码并添加 -g 选项以生成调试信息：

g++ -g -o example example.cpp

使用 perf 进行性能分析

用perf启动程序
运行 perf 记录程序的性能数据：

perf record -g ./example

其中 -g 选项用于记录函数调用图信息。
运行结束后，生成perf.data文件。

生成火焰图所需的文本文件

使用 perf script 将 perf 记录的数据转换为文本格式：

perf script > perf.unfold

生成perf.unfold文件。

生成火焰图

进入 FlameGraph 目录，将文本文件折叠并生成火焰图：

cd FlameGraph
./stackcollapse-perf.pl ../perf.unfold > perf.folded
./flamegraph.pl perf.folded > flamegraph.svg

查看火焰图

使用浏览器打开生成的 flamegraph.svg 文件即可查看。

对某个运行进程进行分析

假设我们要对pid为3309的进程进行性能分析

perf record -F 99 -p 3309 -g -- sleep 20

生成perf.unfold文件

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

生成火焰图

./FlameGraph/stackcollapse-perf.pl perf.unfold &> perf.folded
./FlameGraph/flamegraph.pl perf.folded > perf.svg